S2 S1 S2 - Sektion Physik2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005 • Elektronenstrahllithographie • Kanal aus PMMA (Polymer)

Helikoidaler Übergang zwischen S1 und S2?

M. Müller, K. Kölln, J. Keckes, H. Lichtenegger, M. Burghammer06/2001 (unveröffentlicht)

S2 S2S1

polarisiertesLicht

200 Bragg–Intensität

Kristall-größeS

Z

MFA = 30°

MFA = 70°

S2

S1

S2

S1

200 µm

4 µm

18 Å25 Å

M. Müller R. Hori, T. Itoh, J. SugiyamaBiomacromolecules 3, 182-186 (2002)

Mikrodiffraktions-Resultate

100 µm

SEM image

O. Paris, I. Zizak, H. Lichtenegger, P. Roschger, K. Klaushofer, P. Fratzl. Cell. Mol. Biol. 46 (2000) 993.

scanning SAXS (20 µm beam)

2D SAXS scans→ size & orientation

of mineral nanoparticles

SAXSSAXSSAXS

2- 4 nm

bone(femur)

Scanning SAXS microscopy

• better resolution?• chemical information?

M. Müller, M. Burghammer, C. RiekelNucl. Instrum. Meth. A 467-468, 958-961 (2001)

Simultaneous small- and wide-angle scattering

CCD

sample

2Θmin

beamstop(∅ 0.1 mm)

d = 1000 Å

SAXS resolution: 2Θmin → dmax

on a single detector!Simultaneous

imaging of chemicaland nanostructural

parameters

PETRA III:1000 (h) – >5000 Å (v)

P. Fratzl, O. Paris (Dept. Biomaterials, MPI-KG Golm) M. Müller (Univ. Kiel)

fluorescence detector

50 µ

m

pixe

ls

sub-µmbeam

OPTISCHE HÜTTEOPTISCHE HÜTTE EXPERIMENTELLE HÜTTEEXPERIMENTELLE HÜTTE

Fokus + Kollimation

MASCHINE Undulator

MASCHINE Undulator

Si111Monochromator

Si111Monochromator

Ellipsoidal-spiegel

Ellipsoidal-spiegel

0 26 29.4 31 42[m]24 34.1

30 µm 5∙1012 ph/s10 µm 5∙1011 ph/s2 µm 5∙1010 ph/s

30 µm 5∙1012 ph/s10 µm 5∙1011 ph/s2 µm 5∙1010 ph/s

hor.

vert.134*24 µm2

0.21*0.02 mrad2

Größe

Divergenz

Quelle Fokus20*40 µm2

2.1*0.2 mrad2

0.07 < λ < 0.21 nm

Beispiel: Mikrofokus Beamline ID13

Am Probenort:• Strahlgröße ∅ 2 µm (10 µm)• Fluß 5∙1010 (5∙1011) ph/s @ 15.8 keV

y

z

Probe Video-Mikroskop

Fokussierter Strahlvom Spiegel (∅ 40 µm)

Glaskapillare oderKollimator

CCD-Detektorxy Translations-bühne

Ortsaufgelöste Mikrodiffraktion (ID13)

ProbeMikroskop

Kapillare

Translationbühne

“Scanning” Mikrodiffraktion an ID13

Piezo-Streckapparatur

Sub-Mikrometer-Ortsauflösung

M. Müller, M. Burghammer, D. Flot, C. Riekel, C. Morawe, B. Murphy, A. CedolaJ. Appl. Cryst. 33, 1231-1240 (2000)

Diffraktion mit Röntgen-Wellenleiter

S. Di Fonzo, W. Jark, S. Lagomarsino, C. Giannini, L. De Caro, A. Cedola, M. Müller

Nature 403, 638-640 (2000)

detector

mirror slits

microscope

waveguide

microscope

beamstop

piezoscanner

ID13

• Größe 3 µm × 100 nm• Fluß 6 ⋅ 108 ph/s

stehendes Wellenfeldin der Schicht

Eine neue Beamline an einem neuen Synchrotron

• Umbau des Speicherrings PETRA III zur Synchrotronstrahlungsquelle• Bau einer µSAXS/WAXS-Beamline (HASYLAB, Stephan Roth)• Nanofokus-Messplatz an dieser Beamline (BMBF-Projekt, AG Müller)

List of experiments

Folie von Stephan Roth, HASYLAB

DORISIII

FLASH

HASYLAB – PETRA III

PETRA IIIε=1 nm radE=6GeV(2009)

XFEL (2012)


HOMEH1

CH

CLML-DCM

LODCMµUSAXSOH

µSAXS1µSAXS2

EH2

Layout µSAXS/WAXS P03

High-beta undulator (2m, canted)8keV<E<24keVBeam size: 42µm/10µm/5µm/100nm

micro nanoBeCRL

Focal spot on sample


Standard BeCRL holder

- One optical bench- One goniometer- Full vacuum

http://www.physikinstrumente.com/en/primages/pi_m824_blu_i4c_o.jpg

189mm

Different energy = different position+number of lenses

BeCRL-exchanger development: T. SchubertHexapod: M. Dommach, first test at BW4 03/2007

x-ray

N=32 N=1….

µSAXS1: N= 4-25: 42x2.6µm2

µSAXS2: N= 9-56: 17x1µm2

R=0.2mm – Standard!

E=8-25keVFocal length: f~R*E/N


Simulations for µUSAXS

• We use the two-lens setup• We focus on the detector

SourceDetector

U2, 61m

N=4, f2=88mR=0.6mmfges=22m

BDA40µm Guard

slit

61 76(µSAXS1)

84.2 95.5mFolie von Stephan Roth, HASYLAB

Resolution µUSAXS with HOM

• 10µm < beam size=70µm at sample < 100µm in H• dmax>1µm

Beam requirements fulfilled:

BW4


Nanofocus end station EH2


Nanofocus end-station

- 1D/2D waveguides (Salditt et al., Müller et al.)- Fresnel zone plates (David et al.)- Nanofocusing lenses (Schroer et al.)- Kirkpatrick-Baez mirrors (Hignette et al.)

- Smallest beam size- Use waveguide itself as sample- Adapted to fibre scanning (1D)- Achromatic optics- Prefocusing (x100) & ML (x10)

0

2m ID

98 103mSample100m

L1L2

[320]


Nanofocus end-station

0

2m ID

97.3 103mSample~98m

L2

NFLs / Trend: L1≥97m LSD=2m

Calculation usinghttp://www.institut2b.physik.rwth-aachen.de/xray/applets/nflcalc.html

L1

50 70 90

L1 [m]

25keV15keV10keV

Bea

msi

ze[n

m]

40

90

140

190

Condition: hutch operated independentlyFolie von Stephan Roth, HASYLAB

- Beam size as small as possible- H < 1µm

Combine with other optics, e.g.FZP: Ap 600µm , 150µm, L2~4cm

76m

BeCRLN=2

NFL

L2=18.2m

97m

Gain in comparison to direct beam ~270Beam size ~1.3x0.16µm2 HxV

Prefocusing (example: 10keV)

…And use multilayers!!!


2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes

Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005

• Elektronenstrahllithographie• Kanal aus PMMA (Polymer)• Abmessungen 30 x 70 nm2

• Abdeckung aus Silizium• Länge 4.05 mm

2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes

Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005

• Strahlgröße 25 x 47 nm2

• Fluss 3.5 x 106 ph/s

Mikroskopische Streckexperimenteeinzelne Kiefernholzzelle

1,1

mm

Wandern im Strahl(immer Zellulose-Reflex 200) Zeit

Documents

S2 S1 S2 - Sektion Physik2D-Waveguides als (erste) Optik des Nanofokus-Messplatzes Pfeiffer et al., ESRF Highlights 2005 • Elektronenstrahllithographie • Kanal aus PMMA (Polymer)