Time-resolved X-ray Absorption Spectroscopy (TRXAS) Suntaree Tongsaeng M5610471

Outline What is the time-resolved x-ray absorption spectroscopy Instrument and method Conclusions

Time-resolved X-ray Absorption Spectroscopy (TRXAS) Using atomic structures by x-ray absorption technique To follow the changes of the sample under the influence of environmental conditions such as temperature, pressure, flow and voltage at. At any given time, as development catalysts. Fuel cells, etc. ใช้ศึกษาโครงสร้างระดับอะตอมด้วยเทคนิควัดการดูดกลืนรังสีเอกซ์ เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของตัวอย่างภายใต้อิทธิพลของสภาวะแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ ความดัน แก๊ส กระแสและความต่างศักย์ไฟฟ้า ณ ขณะช่วงเวลาใดๆ  เช่น พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา เซลล์เชื้อเพลิง เป็นต้น

Instrument and method FIG. 1. Schematic setup for a laser-pump x-ray-probe experiment. X rays from a synchrotron are guided through a beamline into the sample chamber where they overlap with synchronized laser pulses at the sample position. The laser pulses excite the sample, while the x xrays probe pulses the photoinduced changes. A detection scheme in transmission mode records the x-ray pulse intensities. รูปที่หนึ่งแสดงการ set อุปกรณ์องค์ประกอบหลักที่จำเป็นสำหรับการทดลอง

X-ray source ความถี่ในการหมุนของ Synchrotrons At the ALS storage ring ประมาณ 1.52 MHz รูปที่ 2 แสดง. รูปแบบการเติมอิเล็กตรอนที่ใช้ในการทดลองของเราที่ ALS โดยรวมแล้ว มี 328 ถังอิเล็กตรอนที่เป็นไปได้ ในโหมดcamshaft ที่ ALS ถัง 1-276 จะเต็มไปและpulseเดียว camshaft pulse ที่มีอยู่ระหว่าง277 ถึง238 จะว่างเปล่า FIG. 2. Electron filling pattern used in our experiments at the ALS. In total, there are 328 possible electron buckets. In the camshaft mode at the ALS buckets 1 to 276 are filled and a single pulse, the camshaft pulse, is placed in the gap between the empty buckets 277 and 328

FIG. 3. Oscilloscope trace of the x-ray train recorded by a large area avalanche photodiode. Due to its slower response its signal on the multibunch train accumulates for ; ten bunches, which in return lets the much more intense single-camshaft pulse appear smaller in the figure.

Advanced Light Source beamline 5.3.1 The radiation is collected under a 5 mrad grazing incidence angle by a toroidal platinum-coated mirror, which provides a 1:1 double focus 24 m from the source. The focus images the electron-beam source, approximately 50 mm (vertical)3250 mm (horizontal) A Ge(111) double monochromator with fixed output beam height selects monochromatic x rays from 2.2 keV to 12 keV

Sample chamber The x rays enter the sample chamber through a 50 mm thick beryllium window. The window separates the ultrahigh vacuum of the beamline from the chamber, which is purged with helium at atmospheric pressure

Sample ยกตัวอย่างสารละลายที่เป็นของเหลว หัวฉีดไพลินสร้างของเหลวที่ไหลออกของกลุ่มตัวอย่าง การเคลื่อนที่ของกลุ่มตัวอย่างที่เป็นไปได้ในระนาบตั้งฉากกับเหตุการณ์ x รังสี FIG. 4. Sapphire nozzle creating a thin liquid jet of the sample. The displacement of the sample is possible in the plane perpendicular to the incident x rays

Laser source High intensity laser pulses are needed to excite a significant fraction of the sample. The laser pulse length should be similar to the x-ray probe length or shorter in order to keep the temporal resolution as high as possible

Spatial overlap รูเข็มเป็นศูนย์กลางในการลำแสง x-ray และเลเซอร์เป็นแนวทางแล้วผ่านรูเข็ม มุมระหว่าง เลเซอร์และลำแสงเอ็กซ์เรย์ประมาณ 15 ° ทำให้เกิด Spatial overlap กัน FIG. 5. X-ray (solid line) and laser beam profiles (dotted and dashed curves as fit) scanned through a 50 mm diameter pinhole

Temporal overlap สำหรับการตั้งค่าที่ทับซ้อนกันชั่วขณะที่เราวางหน้าต่างอย่างรวดเร็ว เวลาที่เพิ่มขึ้นของโฟโตไดโอด; 0.7 ns at ตำแหน่งตัวอย่าง และบันทึกทั้งเลเซอร์และคลื่นเอ็กซ์เรย์ FIG. 6. Pump–probe signal

Detection/data acquisition The Avalanche photodiode (APD) รูปที่ 7 เป็นการตรวจสอบ APD gain กับ X-ray gain ที่ bias FIG. 7. APD gain curve for visible (line) and x-ray (dots) pulses. The lower gain for x-ray pulses is attributed to space-charge effects and local heating in the avalanche region of the detector

Conclusions The limiting factor of the temporal resolution of this setup is the duration of the synchrotron pulse. By exploiting the femtosecond-slicing technique. This way, the temporal resolution of our laser pump–x-ray probe experiment would improve by three orders of magnitude.

Thank you for your attention