Детектор установлен на линии синхротронного излучения BESSY II UE52-SGM в Германии.
Исследователи из Германии ввели в эксплуатацию первый и единственный в Европе сверхпроводящий рентгеновский спектрометр с TES-матрицей на синхротроне BESSY II, ведущем источнике синхротронного излучения третьего поколения.
Данный прибор был разработан в рамках сотрудничества между Берлинским центром имени Гельмгольца (HZB), Институтом преобразования химической энергии имени Макса Планка (MPICEC) и Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST).
В основе системы лежит массив из 248 детекторов, способных обнаруживать рентгеновские фотоны гораздо эффективнее, чем традиционные системы рентгеновской эмиссионной спектроскопии (XES) и резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей (RIXS). Эффективность обнаружения фотонов в 100–1000 раз выше, чем у традиционных спектрометров рентгеновского излучения с дисперсией по длинам волн.
По словам исследователей, прибор будет использоваться для изучения электронных свойств атомарно тонких слоев, наноструктур, а также сильно разбавленных атомных и молекулярных образцов. Команда ожидает, что этот прибор позволит проводить множество новых новаторских экспериментов.
Первый спектрометр TES
Синхротронные установки, такие как BESSY II, генерируют интенсивные пучки рентгеновских лучей, которые позволяют исследователям изучать структуру и свойства материи. Однако такие методы, как XES и RIXS, требуют регистрации фотонов, испускаемых образцом после его взаимодействия с падающими рентгеновскими лучами. Это делает их чрезвычайно «фотонно-емкими».
Традиционно эти методы ограничивались большими или сильно концентрированными образцами. Спектрометр с датчиком переходного края (TES) позволит изучать атомарно тонкие слои, наноструктуры, примеси и сильно разбавленные молекулярные системы.
Фото: Режис Декер / HZB
«Сверхпроводящий фотонный детектор на основе матрицы переходных краевых датчиков (TES), который мы ввели в эксплуатацию на BESSY II, примерно в 100–1000 раз эффективнее в обнаружении фотонов, чем обычные спектрометры XES и RIXS», — сказал Режис Декер, доктор философии, научный сотрудник HZB, ответственный за разработку нового прибора.
Декер объяснил, что эта система может дать представление о молекулярной химии, молекулярной биологии и квантовых материалах. Она также дополняет такие методы, как угловая фотоэлектронная спектроскопия (ARPES). ARPES широко используется для исследования электронных зонных структур.
Изменение формы рентгеновского анализа
Этот прибор может значительно сократить время проведения экспериментов. На практике это означает, что измерения, которые обычно занимали бы часы при использовании традиционных систем, теперь можно было бы выполнить всего за несколько минут. Это позволило бы ученым более эффективно собирать данные и исследовать больше материалов.
HZB отметил, что спектрометр с массивом TES содержит 248 датчиков, которые становятся сверхпроводящими при охлаждении до 25 милликельвинов (мК). Это всего лишь доля градуса выше абсолютного нуля. Это достигается с помощью холодильника с разбавлением гелием-4/гелием-3 (He4-He3), аналогичного криогенным системам, используемым в квантовых компьютерах.
Когда рентгеновские фотоны, испускаемые образцом, попадают на один из датчиков, они вызывают небольшое повышение температуры, которое на короткое время нарушает сверхпроводящее состояние датчика. Это изменение электрического сопротивления регистрируется с помощью схемы, основанной на массиве сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств (SQUID).
Спектрометр интегрирован со специальной камерой для образцов со сверхвысоким вакуумом, которая позволяет исследователям переносить, подготавливать и измерять образцы при температурах от 10 кельвинов (К) до комнатной температуры.
Установка размещена на линии синхротронного излучения BESSY II UE52-SGM, где ученые также могут контролировать поляризацию входящих рентгеновских лучей. «Мы с нетерпением ждем интересных исследовательских предложений от нашего сообщества пользователей», — заключил Декер в пресс-релизе.
Sourse: interestingengineering.com
