上海光源软X射线谱学显微线站用户在三维相干衍射成像领域取得新进展

近日，山东大学晶体材料国家重点实验室江怀东课题组与上海光源等单位合作，利用三维相干X射线衍射成像技术和软X射线显微技术，实现了原位定量研究地幔橄榄石矿在纳米尺度上的微观结构，在高压材料研究方面取得重要进展。该项研究结果发表在近期出版的Physical Review Letters上（Three-Dimensional Coherent X-Ray Diffraction Imaging of Molten Iron in Mantle Olivine at Nanoscale Resolution, 2013, 110: 205501）。

相干X射线衍射成像作为新兴的高分辨显微成像方法，利用第三代同步辐射光源或X射线自由电子激光，可实现样品高空间分辨率、高衬度、原位、定量的二维或三维成像，该技术在材料学、生物学及物理学等领域中具有重要的应用前景。由于地球及行星内部的极端条件，常规手段难以展开深入研究。借助于X射线较强的穿透力与较高的成像衬度和空间分辨率，相干X射线衍射成像技术为高温高压条件下研究材料内部微观结构奠定了良好的基础。相比传统CT技术，此方法将成像分辨率提升至纳米级。

课题组利用三维相干衍射成像方法定量分析了地幔橄榄石样品内部成分，质量密度变化及富Fe相、Fe-S相的分布；同时利用上海光源BL08U1A线站的扫描透射X射线显微镜及X射线双能吸收衬度成像技术，验证了相干衍射成像重建结果及样品中Fe元素的空间分布。该研究结果对于探究地球和行星内部的结构、成分、密度及演化具有重要意义，同时拓展了此技术在地球科学和相关领域的研究应用。（物理与环境部供稿）

图：（a)橄榄石样品的二维相干衍射图样，（b）图a对应的样品二维重建图像，（c）同一样品的软X射线扫描透射显微图像，（d）样品三维重建图像的等厚切片；（e）富Fe相在样品中的三维分布，（f）Fe双能吸收衬度成像