软x-射线.pptVIP

----Peter Fischer Viewing spin structureswith soft X-ray microscopy 复材0802 朱博 彼得菲舍尔 劳伦斯伯克利国家实验室科学家职员 pjfischer@lbl.gov 电话：510-486-7052 德国慕尼黑技术大学物理系;, 奥格斯堡大学物理研究所博士后研究员  一般研究兴趣: 超快自旋动 力学;纳米尺度上的磁性研究；磁x射线显微镜和光谱仪。 由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 波长介于紫外线和γ射线 间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。 X射线（X-ray ） 波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线（ X射线波长略大于0.5 nm的被称作软X射线）。 软x射线 对于磁的研究已接近纳米级，因此进一步的发展必然与纳米的研究有关。 软X射线显微术的强大之处： 由于缺乏性能优良的X射线光源和高分辨率成像光学元件, X射线高分辨率成像的潜力长期得不到发挥。一方面, X射线的衍射效率比较低,亮度较低的X射线管不足以产生足够强的携带高分辨信息的大角衍射信号;另一方面,缺乏适当的光学元件,不能够在实验上实现精确的X射线聚焦。 近20年来,随着高亮度的同步辐射光源、自由电子激 光 、等离子体X射线源的发展,加上纳米加工技术的飞速进步;人们能够制作出高效率、高分辨率的物镜波带片;再加上高速度、高灵敏的X射线探测器的研制成功,高分辨率的X射线显微成像技术又重新活跃起来。 X射线聚焦是一个令人头痛的问题,这是由于在X射线波段中,各种材料的折射率都近似等于1。因此,常规的折射光学元件都无法使用。 波带片 波带片实质上就是一圆形的衍射光栅,它是由线密度径向增加的明暗相间的同心圆环带组成的。 根据菲涅耳圆孔衍射理论, 把圆孔连续分割成一个个半波带,把奇数或偶数个半波带遮住,就构成一个菲涅耳波带片。 透镜空间分辨率的一种度量就是两个彼此不相干的点源能够被分辨的最小间距。 其横向分辨率Δ既依赖于波长又依赖于透镜的数值孔径（瑞利判据）Δ = k1λ/NAMZP 分辨率 对于成像波带片 Δ = 1. 22Δr 辨率Δ取决于物镜波带片的最外环宽度Δr 因此,要实现纳米级的空间分辨率,波带片的最外环宽度也应为几十纳米,但是制作这种波带片的技术难度很大。 美国的劳伦斯伯克利国家实验室的Advanced Light Source (简称ALS)同步辐射光源已经实现了15 nm空间分辨率的X射线成像。 软X射线显微术实验站可以提供两种成像方法——接触显微术和透射全场显微术（中科大在建）。 实验模式 接触显微术 这是一种二次成像显微方法（图2），即先利用同步辐射光对样品进行曝光，然后对在探测器（光刻胶）上得到的X射线图像进行读图。读图离线进行，需使用光镜、电镜、原子力显微镜或其它装置。一般情况下分辨率优于光学显微镜，低于电子显微镜。 透射全场显微术 ALS同步辐射光源的软X射线透射式显微镜 。图中聚焦波带片用于X射线聚焦和色散。微波带片(也称为物镜波带片)用作X射线显微镜的物镜进行放大成像。 美国的劳伦斯伯克利国家实验室ALS 对具有19. 5 nm 和15. 1nm半周期的Cr /Si多层喷镀金属膜的横断面进行成像