Sem?n Gorfman 博士的實(shí)驗室被用于進(jìn)行獨立研究和作為教學(xué)平臺。在采訪(fǎng)他時(shí)，我們看到了這些晶體結構模型。
乍一看，為實(shí)驗室建造一個(gè)定制的衍射儀似乎是一次奇特的冒險——專(zhuān)為技術(shù)愛(ài)好者、特定應用、大量預算和繁瑣的程序而設計。那么，為什么會(huì )有人承擔這樣的項目呢？
在本文中，Sem?n Gorfman 博士回顧了他構建定制X射線(xiàn)衍射儀的經(jīng)歷，并表示，也許最困難的部分就是開(kāi)始的決心。良好的合作和清晰的愿景是他成功的關(guān)鍵，這也得益于他在實(shí)驗室和同步加速器源中使用 X 射線(xiàn)衍射儀的經(jīng)驗。
掌握現在，展望未來(lái)
與很多其他的科學(xué)家的經(jīng)歷類(lèi)似，Sem?n Gorfman博士在多個(gè)研究所進(jìn)行了他的研究工作，并在晶體學(xué)和固態(tài)物理學(xué)方面達成了很多合作。因此，當他在特拉維夫大學(xué)(Tel Aviv University)擔任高級講師時(shí)，他很清楚，建立一個(gè)研究實(shí)驗室是伴隨著(zhù)挑戰的。"很難預測十年或更長(cháng)時(shí)間后的需求，所以方案需要有靈活性"，Sem?n開(kāi)始講述?！皩ξ襾?lái)說(shuō)，靈活性意味著(zhù)設計一個(gè)可用于獨立研究和教學(xué)平臺的定制衍射儀?！?/span>
當然，這樣一個(gè)大項目并不是完全出乎意料的。根據他以前使用各種衍射儀器的經(jīng)驗，他已經(jīng)意識到，許多商業(yè)衍射儀是針對特定的任務(wù)而優(yōu)化的。"他評論說(shuō)："另外，我長(cháng)期以來(lái)一直夢(mèng)想著(zhù)制作一個(gè)類(lèi)似于多用途光束線(xiàn)的衍射儀：一個(gè)可升級的衍射儀，這將適合當前的研究興趣和未來(lái)的總體需求。
事實(shí)上，Sem?n 的研究興趣很廣泛，涵蓋先進(jìn)材料和 X 射線(xiàn)技術(shù)。 “為了確保研究計劃的靈活性，我們的目標是制造一種能夠在不同單晶 X 射線(xiàn)衍射配置和設置之間快速輕松切換的衍射儀。 不同的配置包括，例如，尋找晶體取向、漫散射測量、高分辨率倒易空間映射、研究薄膜和執行原位測量。 除了配置之間的快速切換外，升級和修改的可能性對于將來(lái)增加更多的配置也很重要"，他解釋說(shuō)。
靈活的衍射儀
建造這樣一臺衍射儀有賴(lài)于兩項基本任務(wù)：?jiǎn)为毺暨x每個(gè)部件，然后確保所有部件都集成到一個(gè)可以完全支持材料研究的單元組合中。因此，Sem?n與Youli Li博士合作，后者是加州大學(xué)圣巴巴拉分校X射線(xiàn)設施的技術(shù)總監，同時(shí)還經(jīng)營(yíng)著(zhù)Forvis Technologies公司，該公司為定制X射線(xiàn)儀器提供咨詢(xún)和設計服務(wù)?！癥ouli 在構建 X 射線(xiàn)衍射儀方面有豐富的經(jīng)驗，同時(shí)在工程、機械和軟件方面也有著(zhù)廣泛的知識儲備，他是這個(gè)項目的完美合作伙伴。相隔半個(gè)地球和近十幾個(gè)時(shí)區，我們共同努力挑選系統的每一個(gè)組件”，Sem?n 評論道。該項目從一個(gè)四圓 Huber 測角儀開(kāi)始，它可以保證 Sem?n 和 Youli 在本實(shí)驗中操作的靈活性。其可以涵蓋各種實(shí)驗設置，同時(shí)也讓他們可以不受限制地自由選擇其他組件。這些組件包括微焦點(diǎn)、銅基X射線(xiàn)源（來(lái)自 Xenocs）； 準直X射線(xiàn)光學(xué)器件； 四反射單色儀（來(lái)自 INTEGRATDS）；分析器晶體；一個(gè)DECTRIS PILATUS3 R 1M探測器；和一個(gè)閃爍計數器。通過(guò)SPEC可以促進(jìn)對衍射儀的控制，同時(shí)使用內部腳本執行數據分析。最終的衍射儀設計發(fā)布于2021年，摘要中肯定包含一個(gè)關(guān)鍵詞：靈活性！Sem?n 和 Youli 為衍射儀選擇的單色儀允許他們通過(guò)兩種模式使用：在非常高的通量模式下，或者在抑制 K? 輻射的同時(shí)保持最佳通量的高分辨率模式下。DECTRIS PILATUS3 R 1M 探測器的大覆蓋面積和像素尺寸進(jìn)一步支持了實(shí)驗靈活性的理念：其可以針對每個(gè)樣品優(yōu)化角度覆蓋范圍和分辨率。閃爍計數器與分光晶體結合使用可實(shí)現極高的分辨率，并且晶體也可以移入和移出。最后，Youli設計了一個(gè)聯(lián)鎖系統，以使衍射儀完整且可供用戶(hù)使用。
"有時(shí)我開(kāi)玩笑說(shuō)，我們有一百萬(wàn)零一個(gè)探測器。但是，玩笑歸玩笑，大面積的探測器是衍射儀設計的主要要求之一。憑借一百萬(wàn)個(gè)混合像素、DECTRIS PILATUS3的觸發(fā)功能以及我們實(shí)施的 SPEC 通信，我們可以做很多事情，例如小型多用途光束線(xiàn)”，Sem?n 評論道。
不幸的是，我們與Sem?n的會(huì )面是在網(wǎng)上進(jìn)行的，因此沒(méi)有機會(huì )親眼看到機器。不過(guò)，他讓我們在網(wǎng)上參觀(guān)了實(shí)驗室，他還上傳了一張衍射儀的圖片作為背景畫(huà)面。
接下來(lái)是什么？
最終，衍射儀會(huì )成為一個(gè)真正的國際化產(chǎn)品：使用德國機械裝置、斯洛伐克單色儀、法國光源和瑞士探測器。與此同時(shí)，數據處理依靠的是使用Matlab的內部腳本?！斑@對學(xué)生來(lái)說(shuō)有點(diǎn)困難，但這也是非常好的訓練，因為它需要對晶體學(xué)有更深入的了解”，Sem?n 評論道。
現在衍射儀已經(jīng)啟動(dòng)并運行，Sem?n 和他的團隊正計劃將重點(diǎn)放在材料上，特別是鐵電體和壓電體，以及應用晶體學(xué)。 這項研究已經(jīng)催生了一些出版物的產(chǎn)出，例如使用互易空間映射的孿生研究。 “然而，我們也對儀器和方法保持開(kāi)放的態(tài)度； Sem?n 總結道，衍射儀是靈活的，因此有發(fā)揮的空間。
這些圖像顯示了BaTiO3晶體的互換空間圖。
來(lái)源:Gorfman, S. et. al. (2022), Acta Cryst. A78, 158-171. CC licensce
https://journals.iucr.org/a/issues/2022/03/00/lu5017/lu5017.pdf
我們再次祝賀Sem?n、Youli和所有參與項目的人獲得成功，并祝愿Sem?n和他的小組在今后的項目中一切順利。今年，Sem?n將參加在巴黎舉行的歐洲晶體學(xué)會(huì )議，因此我們期待著(zhù)盡快與他進(jìn)行更多交流。
參考文獻
S. Gorfman, D. Spirito, N. Cohen, P. Siffalovic, P. Nadazdy, and Y. Li, “Multi-purpose Diffractometer for In-Situ X-Ray Crystallography of Functional Materials”, J. Appl. Crystallogr. 54, 914 (2021).
SNBL: A Multi-purpose Beamline at the ESRF
A Service Crystallography Lab in Basel
X-ray Crystallography at the University of Zürich
Solid-State Research at the Max Planck Institute
Laboratory for Green Chemistry
In-Situ Powder Diffraction in a Lab with MYTHEN2
