अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन

अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (UED), जिसे फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन (FED) के रूप में भी जाना जाता है, प्रकाशीय पंप-जांच स्पेक्ट्रोस्कोपी और इलेक्ट्रॉन विवर्तन के संयोजन पर आधारित एक पंप-जांच प्रायोगिक विधि है। यूईडी सामग्री की संरचना के गतिशील परिवर्तन के बारे में जानकारी प्रदान करता है। यह समय समाधान क्रिस्टलोग्राफी के समान है, लेकिन जांच के रूप में एक्स-रे का उपयोग करने के बजाय, यह इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करता है। यूईडी तकनीक में, एक फेमटोसेकंड (एफएस) लेजर प्रकाशीय पल्स उत्तेजित (पंप) एक उत्तेजित, आमतौर पर गैर-संतुलन, राज्य में एक नमूना। पंप पल्स रासायनिक, इलेक्ट्रॉनिक या संरचनात्मक संक्रमण को प्रेरित कर सकता है। एक परिमित समय अंतराल के बाद, एक fs इलेक्ट्रॉन स्पंद नमूने पर आपतित होता है। नमूने के साथ परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन स्पंद विवर्तन से गुजरता है। विवर्तन संकेत, बाद में, एक सीसीडी कैमरा जैसे इलेक्ट्रॉन गिनती उपकरण द्वारा पता लगाया जाता है। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉन पल्स के नमूने से अलग होने के बाद, बिखरे हुए इलेक्ट्रॉन एक सीसीडी कैमरे पर एक विवर्तन पैटर्न (छवि) बनाएंगे। इस पैटर्न में नमूने के बारे में संरचनात्मक जानकारी होती है। पंप और जांच बीम के आगमन (नमूने पर) के बीच समय के अंतर को समायोजित करके, विभिन्न समय के अंतर के एक समारोह के रूप में विवर्तन पैटर्न की एक श्रृंखला प्राप्त कर सकते हैं। डेटा में होने वाले परिवर्तनों की गति चित्र बनाने के लिए विवर्तन डेटा श्रृंखला को जोड़ा जा सकता है। UED आवेश वाहकों, परमाणुओं और अणुओं पर गतिशीलता का खजाना प्रदान कर सकता है।

इतिहास

शुरुआती अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन यंत्रों का डिज़ाइन एक्स-रे स्ट्रीक कैमरों पर आधारित था, पहला यूईडी प्रयोग जो 100 पीएस की इलेक्ट्रॉन पल्स लंबाई का प्रदर्शन करता है।

इलेक्ट्रॉन पल्स उत्पादन

इलेक्ट्रॉन दालों को आमतौर पर फोटोमिशन की प्रक्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है जिसमें एक fs प्रकाशीय पल्स को एक photocathode की ओर निर्देशित किया जाता है। यदि आपतित लेज़र स्पंद में उपयुक्त ऊर्जा है, तो फोटोकैथोड से इलेक्ट्रॉनों को एक प्रक्रिया के माध्यम से बाहर निकाल दिया जाएगा जिसे फोटो उत्सर्जन कहा जाता है। इलेक्ट्रॉनों को बाद में दस किलोइलेक्ट्रॉन-वोल्ट से लेकर उच्च ऊर्जा तक त्वरित किया जाता है कई मेगाइलेक्ट्रॉन-वोल्ट के लिए, एक इलेक्ट्रॉन गन का उपयोग करके।

इलेक्ट्रॉन पल्स संपीड़न

कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण पल्सविड्थ विस्तार को दूर करने के लिए आम तौर पर इलेक्ट्रॉन दालों को संपीड़ित करने के लिए दो विधियों का उपयोग किया जाता है। हाई-फ्लक्स अल्ट्राशॉर्ट इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न करना अपेक्षाकृत सरल रहा है, लेकिन स्पेस-चार्ज प्रभाव के कारण पिकोसेकंद के नीचे पल्स अवधि बेहद मुश्किल साबित हुई। स्पेस-चार्ज इंटरैक्शन बंच चार्ज के साथ गंभीरता में वृद्धि करते हैं और पल्स अवधि को व्यापक बनाने के लिए तेजी से कार्य करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी) प्रयोगों में सिग्नल (बंच चार्ज) और समय-रिज़ॉल्यूशन के बीच स्पष्ट रूप से अपरिहार्य व्यापार बंद हो गया है। रेडियो-फ्रीक्वेंसी (RF) संपीड़न उभरा है, UED प्रयोगों में पल्स विस्तार को कम करने का एक प्रमुख तरीका है, जो 50 फेमटोसेकंड से नीचे के अस्थायी रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त करता है। सबसे तेज गतिकी की जांच के लिए अंततः 10 फेमटोसेकंड से कम इलेक्ट्रॉन बीम की आवश्यकता होती है ठोस अवस्था सामग्री में और गैस चरण आणविक प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करें।

सिंगल शॉट

पंप पल्स (लाल) दिखाते हुए अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन की योजनाबद्ध, इलेक्ट्रॉन जांच पल्स (नीला) के आगमन से पहले नमूना रोमांचक

अपरिवर्तनीय प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए, एक एकल इलेक्ट्रॉन गुच्छा युक्त एक विवर्तन संकेत प्राप्त किया जाता है $10^{5}$ या अधिक कण।

स्ट्रोबोस्कोपिक

प्रतिवर्ती प्रक्रिया का अध्ययन करते समय, विशेष रूप से कमजोर संकेतों के कारण, जैसे, थर्मल डिफ्यूज़ स्कैटरिंग, एक विवर्तन पैटर्न कई इलेक्ट्रॉन गुच्छों से संचित होता है, जितने $10^{8}$.

संकल्प

एक अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन तंत्र का संकल्प अंतरिक्ष और समय दोनों में चित्रित किया जा सकता है। स्थानिक संकल्प दो अलग-अलग भागों में आता है: वास्तविक स्थान और पारस्परिक स्थान। वास्तविक अंतरिक्ष संकल्प नमूने पर इलेक्ट्रॉन जांच के भौतिक आकार से निर्धारित होता है। एक छोटा भौतिक जांच आकार क्रिस्टल पर प्रयोग की अनुमति दे सकता है जो संभवतः बड़े आकार में नहीं उगाया जा सकता है।

उच्च पारस्परिक स्थान रिज़ॉल्यूशन ब्रैग विवर्तन स्पॉट का पता लगाने की अनुमति देता है जो लंबी अवधि की घटनाओं के अनुरूप होता है। इसकी गणना निम्नलिखित समीकरण से की जा सकती है::$\Delta s={\frac {2\pi }{\lambda _{e}}}{\frac {\varepsilon _{n}}{\sigma _{x}}}$, कहाँ Δs पारस्परिक अंतरिक्ष संकल्प है, λ_e इलेक्ट्रॉनों की कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य है, ϵ_n सामान्यीकृत उत्सर्जन है{{disambiguation needed|date=February 2023}इलेक्ट्रॉनों की, और σ_x नमूने पर जांच का आकार है।

टेम्पोरल रिज़ॉल्यूशन मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों की गुच्छा लंबाई और पंप और जांच के बीच सापेक्ष समय के झटकों का एक कार्य है।

यह भी देखें

• अहमद जेवेल
• आर। जे ड्वेन मिलर
• समय हल क्रिस्टलोग्राफी

स्रोत

• Srinivasan, Ramesh; Lobastov, Vladimir A.; Ruan, Chong-Yu; Zewail, Ahmed H. (2003). "अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन (यूईडी): क्षणिक आणविक संरचनाओं के 4डी निर्धारण के लिए एक नया विकास". Helvetica Chimica Acta. 86 (6): 1761. doi:10.1002/hlca.200390147.

• Sciani, Germain; Miller, R.J. Dwayne (2011). "फेमटोसेकंड इलेक्ट्रॉन विवर्तन: परमाणु रूप से हल की गई गतिकी के युग की शुरुआत". Reports on Progress in Physics. 74 (9): 096101. Bibcode:2011RPPh...74i6101S. doi:10.1088/0034-4885/74/9/096101. S2CID 121497071.
• Chatelain, Robert P.; Morrison, Vance R.; Godbout, Chris; Siwick, Bradley J. (2012). "रेडियो-आवृत्ति संपीड़ित इलेक्ट्रॉन दालों के साथ अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन विवर्तन". Applied Physics Letters. 101 (8): 081901. Bibcode:2012ApPhL.101h1901C. doi:10.1063/1.4747155.

श्रेणी:लेजर अनुप्रयोग श्रेणी:विवर्तन