利用同步辐射发展高压下的原子对分布函数方法

High pressure technique is very important to modern science since it provides control on physics systems from a new dimension. High pressure technique affects the development of many important fields like geophysics, geology, condensed matter physics, material engineering and environmental and energy sciences. The combinations of high pressure technique and various synchrotron radiation methods.have given rise to many important science findings. There have been increasing interest to the liquid system、superhard material、 metallic glass and nano particle systems under high pressure. For these systems, the atomic pair distribution function(PDF) method plays the crucial role in unveiling the local structure of the material system since PDF is the only available method that can give the local structure from short range up to mid-range (nano meters region). Currently there are enormous interests in both the high pressure science community and synchrotron science community to combine these two techniques. Regular PDF method with collected data of very high quality has been successfully developed at Shanghai Synchrotron and the new type of high energy X-ray focusing lens was fabricated succesfully at IHEP. Here we propose to develop the PDF method under high pressure environment at Shanghai Synchrotron using the focused high energy X-ray.

高压技术对现代科学非常重要, 因为它提供了对物理系统的一个新维度的控制。 高压技术对很多重要学科的发展产生了深远的影响，比如地球物理学、地质学、凝聚态物理、材料工程，还有环境和能源科学。高压技术和各种同步辐射线站方法的结合产生了非常多的科学发现和成果。近年来高压下液体、准晶、超硬材料、金属玻璃和纳米材料等体系的性质引起了人们广泛的关注。对于这些系统的研究，需要用到所谓的原子对分布函数（PDF）方法，因为目前只有PDF方法才能揭示原子/离子从短程一直到中程纳米尺度的局域结构。目前国际上在高压领域和同步辐射领域都有很大的兴趣和需求来发展高压下的PDF方法。申请人已经在上海光源发展成功非常高质量的常规PDF方法平台，申请团队成员在高能所研制成功高能X射线聚焦透镜。我们因此提出在上海光源利用聚焦的高能X射线来发展高压下的PDF方法。

物质在高压下的各种结构变化非常丰富。金刚石压砧可以产生很高的高压，是研究材料的极为有利的手段。国内在高压领域的研究人员众多，整体水平应该处于国际的第一梯队。同步辐射X射线是表征高压下的结构变化的强有力工具。原子对分布函数(PDF)方法对研究材料原子局域结构极为有用，是目前国际上新兴的实验方法。本项目的研究即是尝试在高压下实现PDF方法。高压实验需要对X射线进行微聚焦，而PDF实验需要高能X射线(E>50kev)，故本项目的主要研究内容为对高能X射线进行微聚焦。唯一能对高能X射线进行有效微聚焦的光学元件是复合折射透镜。故此本项目研究利用商业和自主研发的复合折射透镜对高能X射线进行微聚焦。. 项目成员在X射线透镜聚焦方面进行了一系列探讨，不仅利用商业化铝复合透镜（CRL）和业已掌握的成熟的镍透镜工艺在上海光源建立起来高能X射线(E=50.0kev，E=69.5kev)聚焦模式，并赴国外探讨更高能量(87.0kev)下X射线的微聚焦行为。目前上海光源高能X射线的微聚焦可以优化到50微米以下。我们同时探讨了各种新型透镜制备的工艺，如硅、锗、碳化硅及金刚石的深刻工艺等。