Abteilung Optik und Strahlrohre
ELISA
Die Enhanced Liquid Interface Spectroscopy and Analysis (ELISA) ist die erste Beamline, die weiche Röntgen- und Infrarotstrahlung (IR) kombiniert, die beide aus dem Speicherring stammen und zur gleichen Zeit und am gleichen Ort auf die Probenoberfläche treffen.
Scientific Case
Das Verständnis der komplexen Eigenschaften und Prozesse an Flüssigkeitsgrenzflächen ist entscheidend für den Wissenszuwachs bei verschiedenen ökologischen und technologischen Prozessen wie CO2-Sequestrierung, Aerosoldynamik, Metallkorrosion und elektrochemische Energieumwandlung. Um diese wissenschaftlichen und technologischen Fragen zu beantworten, wurde mit der ELISA-Beamline an BESSY II ein neuartiger, integrierter Ansatz für die hochgenaue Vorbereitung und Untersuchung von Flüssigkeitsgrenzflächen eingeführt. ELISA wurde speziell für die Anforderungen der Wissenschaft von Flüssigkeitsgrenzflächen entwickelt und nutzt die gleichzeitige Anwendung von Synchrotron-gestützter weicher Röntgen- und Infrarotstrahlung (IR), eine bahnbrechende Konfiguration, die eine räumliche und zeitliche Korrelation von spektroskopischen Daten ermöglicht. Die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie bei Umgebungsdruck (APXPS) und die Reflexions-Absorptions-IR-Spektroskopie (RAIRS) sind die wichtigsten Methoden, die eingesetzt werden, um Einblicke in die elementare, chemische und molekulare Orientierung an flüssigen Grenzflächen zu erhalten. Die Beamline ermöglicht in situ- und Operando-Experimente und bietet gleichzeitig einen methodischen Weg, um strahleninduzierte Schäden zu überwachen.
Beamline
Die für die Spitzenforschung konzipierte ELISA-Beamline integriert weiche Röntgen- und Infrarotstrahlung, um ein breites Energiespektrum abzudecken und die Untersuchung verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen zu fördern. Diese einzigartige Einrichtung ist darauf zugeschnitten, unser Verständnis in Bereichen wie Batterietechnologie, (photo)elektrochemische Systeme und Atmosphärenchemie durch ihre ausgeklügelte Zweigstellenarchitektur zu verbessern.
Das Zweigsystem der ELISA-Beamline ermöglicht die gleichzeitige Nutzung weicher Röntgen- und IR-Strahlung, wobei Energiebereiche von 40-3500 eV für Röntgenstrahlung und Submillimeter- bis Mikrometer-Wellenlängen für IR abgedeckt werden. Der Niederenergiezweig widmet sich in situ-Studien von funktionellen Grenzflächen, insbesondere solchen, die für Batterien und (photo)elektrochemische Geräte von Bedeutung sind, und deckt den fernen UV-Bereich (einschließlich der Li K-Kante) bis zu den L-Kanten der Übergangsmetalle ab. Der Hochenergiezweig ist der Untersuchung von Flüssigkeits-Dampf-Grenzflächen gewidmet, sowohl für schnell fließende (z. B. Strahlen und Tröpfchenzüge) als auch für statische Flüssigkeiten
(z. B. in einem Langmuir-Trog).
Dreifach beschichtete Spiegel
Die ELISA-Beamline verwendet eine neuartige Dreifachbeschichtung auf den Spiegeln, um die Spiegelreflexion bis zu 3500 eV deutlich zu verbessern. Bei diesem Ansatz wird Iridium auf der unteren Schicht verwendet, um die Reflexion höherenergetischer Röntgenstrahlen zu verbessern, Chrom in der Mitte für den mittleren Bereich und Borkarbid (B4C) auf der oberen Schicht für die weicheren Röntgenstrahlen. Diese Schichtung gewährleistet eine höhere Effizienz und erweitert die Einsatzmöglichkeiten der Beamline für verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen. Erste Messungen zeigen, dass die Leistung gut mit den theoretischen Berechnungen übereinstimmt, was die Wirksamkeit des Beschichtungsdesigns bestätigt.
Mehrschicht Monochromator (Multilayer Monochromator)
Herkömmliche Beugungsgittermonochromatoren haben eine extrem niedrige Transmission im tender Röntgenenergiebereich (2 keV - 5k eV). Um diese Einschränkung zu überwinden, können wir die Optik im Monochromator mit einer Mehrfachschicht beschichten, um die Transmission zu erhöhen.
Die ELISA-Beamline wird mit einem ebenen Gittermonochromator mit drei verschiedenen Gittern ausgestattet sein. Neben einem 400 l/mm Laminar-Gitter und einem 1200 l/mm Blazed-Gitter wird ein 2400 l/mm Blazed-Gitter mit einer C/Cr-Multischicht beschichtet werden.
Integrierte IR- und Röntgenlichtanalyse
Die ELISA-Beamline ist die erste Weichröntgenlicht-Beamline, die Röntgen- und Infrarotstrahlung aus dem Speicherring kombiniert. Die Quelle für die IR-Strahlung ist ein Dipol, der dem Dipol nachgeschaltet ist, der als Röntgenstrahlungsquelle dient. Die IR- und die Röntgenstrahlung werden in getrennten Strahlrohren zu den Endstationen transportiert. Vorläufige Berechnungen der Spotgröße des IR-Strahls zeigen, dass eine räumliche Überlappung zwischen dem Röntgen- und dem IR-Strahl auf der Probe erreichbar ist.
© 04/25 S.V. und S.H.