利用软X射线扫描相干衍射成像进行谱学及磁学测量的研究

基本信息
批准号:11705273
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:王春鹏
学科分类:
依托单位:中国科学院上海应用物理研究所
批准年份:2017
结题年份:2019
起止时间:2018-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陶旭磊,孟祥雨,刘星,邢振江,马立梅
关键词:
X射线磁圆二色谱扫描相干衍射成像高分辨X射线成像相位恢复软X射线吸收谱
结项摘要

Ptychography (or named scanning coherent diffractive imaging) is a coherent diffractive imaging technique that has the potential to imaging specimens with nanoscale spatial resolution, using highly coherent X-ray. Since ptychography can be performed on non-crystalline samples and can deliver high resolution images, it has been widely used in biological, environmental, and material sciences, and has been an extremely important development direction in X-ray microscopy field. Compared to the typically ~30 nm spatial resolution of current scanning transmission X-ray microscopes (STXMs), ptychography can improve the spatial resolution to a few nanometers in the soft X-ray region. However, ptychography method is mainly used for sample imaging at present. Using soft X-ray ptychography to measure spectroscopy and magnetism of the specimens has just emerged at a few synchrotron radiation light sources such as Advanced Light Source, and is still a blank in China. This project aims to develop soft-X-ray-ptychography-based near edge X-ray fine structure ( including near edge X-ray absorption fine structure and near edge X-ray refraction fine structure) method and soft-X-ray-ptychography-based X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) method at the BL08U1-A beamline (soft X-ray spectromicroscopy beamline) in Shanghai Synchrotron Radiation Facility, in order to characterize and study the chemistry and magnetism of the specimens with spatial resolution of a few nanometers. The resolution of the soft X-ray spectromicroscopy beamline can be highly improved.

X射线扫描相干衍射成像方法(Ptychography)是利用高相干的X光,对样品进行纳米级分辨率成像的X射线显微成像技术。其在生物、环境、医学以及材料等研究领域有着广阔的应用前景,是X射线显微成像领域极其重要的发展方向。在软X射线波段,相比较于扫描透射X射线显微成像方法通常可达到的30nm分辨率,ptychography可以将分辨率提高至几个纳米。然而,ptychography方法目前仍然主要用于对样品成像,将其在软X射线波段用于对样品进行谱学以及磁学测量的相关研究,在国际上刚刚兴起,在国内尚属空白。本项目旨在上海光源软X射线谱学显微线站(BL08U1-A)发展基于软X射线ptychography的X射线近边精细结构谱(包括吸收和折射)以及X射线磁圆二色(XMCD)的实验测量方法,以对样品实现纳米分辨率的元素分布和化学过程分析,以及磁学特性分析,大幅提高软X射线谱学显微成像的分辨率。

项目摘要

软X射线扫描相干衍射成像方法(ptychography)的空间分辨率可以达到几个纳米,在生物科学、环境科学、材料科学、以及能源科学等研究领域有着广阔的应用前景。本项目在上海光源软X射线谱学显微线站(BL08U1-A)开展基于软X射线ptychography的高空间分辨率的谱学显微成像方法学的研究。申请人经过两年的研究,在多个方面取得了良好的研究成果。当前已经完成了对BL8U1-A原有ptychography实验平台的升级改造和优化,实现了基于软X射线ptychography的谱学显微成像方法,包括双能衬度程序和能量堆栈图像,空间分辨率优于10纳米;初步实现了基于软X射线ptychography的磁圆二色谱学显微成像技术,可用于研究磁性材料样品;针对谱学ptychography实验方法原始数据量较大,相位恢复迭代计算量大且费时的问题,完成了数据自动处理流水线的初步开发,集成了利用GPU进行加速的重建程序,大幅提高了数据处理的自动化以及重建速度,减少了对人工的依赖。目前基于软X射线ptychography的高空间分辨率的谱学显微成像方法已经对用户开放。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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