पृष्ठसर्पी आपतन-लघु कोण प्रकीर्णन

पृष्ठसर्पी आपतन-लघु कोण प्रकीर्णन (जीआईएसएएनएस) एक प्रकीर्णन वाली तकनीक है जिसका उपयोग नैनोस्ट्रक्चर्ड सतहों और पतली फिल्मों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। बिखरी हुई जांच या तो फोटॉन (पृष्ठसर्पी आपतन-लघु कोण एक्स-रे प्रकीर्णन, जीआईएसएएक्सएस) या न्यूट्रॉन (पृष्ठसर्पी आपतन-लघु कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन, जीआईएसएएनएस) हैं। जीआईएसएएस लघु-कोण प्रकीर्णन (एसएएस: एसएएक्स एस या एसएएनएस) की सुलभ लंबाई के पैमानों और पृष्ठसर्पी आपतन विवर्तन (जीआईडी) की सतह सूक्ष्म-ग्राहिता को जोड़ती है।



अनुप्रयोग
जीआईएसएएस का एक विशिष्ट अनुप्रयोग पतली फिल्मों में नैनोस्केल पर स्व-विधानसभा और स्व-संगठन का लक्षण वर्णन है। जीआईएसएएस द्वारा अध्ययन की गई प्रणालियों में क्वांटम डॉट एरेज़, स्वस्थाने विकास के पर्यन्त गठित विकास अस्थिरता, ब्लॉक कॉपोलिमर की पतली फिल्मों में स्व-संगठित नैनोस्ट्रक्चर, सिलिका मेसोफ़ेज़, और नैनोकण सम्मिलित हैं।

जीआईएसएएक्सएस को लेवाइन और कोहेन द्वारा एक कांच की सतह पर जमा सोने की डीवेटिंग का अध्ययन करने के लिए पेश किया गया था। इस तकनीक को नौडॉन और सहकर्मियों द्वारा सतहों पर और दबे हुए इंटरफेस में धातु समूह का अध्ययन करने के लिए विकसित किया गया था। नेनौसाइंस के आगमन के साथ अन्य अनुप्रयोग तेजी से विकसित हुए, पहले कठोर पदार्थ में जैसे कि सेमीकंडक्टर सतहों पर क्वांटम डॉट्स का लक्षण वर्णन और ऑक्साइड सतहों पर धातु जमा के इन-सीटू लक्षण वर्णन। इसके बाद जल्द ही अल्ट्राथिन पॉलीमर फिल्म्स, पॉलीमर ब्लेंड्स, ब्लॉक कॉपोलीमर फिल्म्स और अन्य स्व-संगठित नैनोस्ट्रक्चर्ड थिन फिल्मों जैसे सॉफ्ट मैटर सिस्टम का पालन किया जाने लगा, जो नैनोसाइंस और तकनीक के लिए अपरिहार्य हो गए हैं। जीआईएसएएस की भविष्य की चुनौतियाँ जैविक अनुप्रयोगों में निहित हो सकती हैं, जैसे कि प्रोटीन, पेप्टाइड्स, या सतहों या लिपिड परतों से जुड़े वायरस हैं।

व्याख्या
संकर तकनीक के रूप में, जीआईएसएएस ट्रांसमिशन स्मॉल-एंगल प्रकीर्णन (एसएएस), पृष्ठसर्पी आपतन विवर्तन (जीआईडी) से और डिफ्यूज़ रिफ्लेक्टोमेट्री से अवधारणाओं को जोड़ती है। एसएएस से यह फार्म कारकों और संरचना कारकों का उपयोग करता है। जीआईडी से यह सब्सट्रेट और फिल्म के महत्वपूर्ण कोणों के समीप प्रकीर्णन वाली ज्यामिति का उपयोग करता है, और प्रकीर्णन के द्वि-आयामी चरित्र, सतह पर लंबवत प्रकीर्णन वाली तीव्रता की फैलाने वाली छड़ें उत्पन्न करता है। डिफ्यूज़ (ऑफ-स्पेक्यूलर) रिफ्लेक्टोमेट्री के साथ यह नमूने के महत्वपूर्ण कोण पर योनेडा/विनयार्ड शिखर जैसी घटनाओं को साझा करता है, और प्रकीर्णन सिद्धांत, डिस्टॉर्टेड वेव बोर्न सन्निकटन (डीडब्ल्यूबीए)।  हालाँकि, जबकि विसरित परावर्तकता घटना तल तक ही सीमित रहती है (घटना बीम और सतह सामान्य द्वारा दिया गया विमान), जीआईएसएएस सभी दिशाओं में सतह से पूरे प्रकीर्णन की पड़ताल करता है, सामान्यतः एक क्षेत्र डिटेक्टर का उपयोग करता है। इस प्रकार जीआईएसएएस पार्श्व और ऊर्ध्वाधर संरचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला तक पहुंच प्राप्त करता है और, विशेष रूप से, सतह पर या पतली फिल्म के अंदर नैनोस्केल वस्तुओं के आकारिकी और तरजीही संरेखण के प्रति संवेदनशील है।

डीडब्ल्यूबीए के एक विशेष परिणाम के रूप में, पतली फिल्म अध्ययन के विषय में एक्स-रे या न्यूट्रॉन के अपवर्तन को हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए, इस तथ्य के कारण कि प्रकीर्णन कोण छोटे होते हैं, प्रायः 1 डिग्री से कम होते हैं। अपवर्तन सुधार सब्सट्रेट के संबंध में प्रकीर्णन वाले वेक्टर के लंबवत घटक पर लागू होता है जबकि समानांतर घटक अप्रभावित रहता है। इस प्रकार समानांतर प्रकीर्णन को प्रायः एसएएस के गतिज सिद्धांत के भीतर व्याख्या किया जा सकता है, जबकि अपवर्तक सुधार प्रकीर्णन वाली छवि के लंबवत परिणाम के साथ प्रकीर्णन पर लागू होते हैं, उदाहरण के लिए एक प्रकीर्णन वाली छड़ी के साथ होते हैं।

जीआईएसएएस छवियों की व्याख्या में, निम्न-जेड फिल्मों से बिखरने में कुछ जटिलता उत्पन्न होती है उदा। सिलिकॉन वेफर्स पर कार्बनिक पदार्थ, जब घटना कोण फिल्म और सब्सट्रेट के महत्वपूर्ण कोणों के बीच होता है। इस विषय में, सब्सट्रेट से परावर्तित बीम में घटना बीम के समान शक्ति होती है और इस प्रकार फिल्म संरचना से परावर्तित बीम से बिखरने से लंबवत दिशा में बिखरने की विशेषताओं का दोगुना हो सकता है। यह और साथ ही प्रत्यक्ष और परावर्तित किरण से बिखरने के बीच हस्तक्षेप को डीडब्ल्यूबीए बिखरने के सिद्धांत द्वारा पूरी तरह से लेखांकन किया जा सकता है।

ये जटिलताएं प्रायः इस तथ्य से ऑफसेट से अधिक होती हैं कि बिखरने की तीव्रता की गतिशील वृद्धि महत्वपूर्ण है। सीधे बिखरने वाली ज्यामिति के संयोजन में, जहां सभी प्रासंगिक जानकारी एक बिखरने वाली छवि में समाहित होती है, इन-सीटू और रीयल-टाइम प्रयोगों की सुविधा होती है। विशेष रूप से, एमबीई विकास के पर्यन्त स्व-संगठन और सॉल्वेंट वेपर के प्रभाव में ब्लॉक कोपोलिमर फिल्मों में पुन: संगठन प्रक्रियाओं को सेकंड से लेकर मिनट तक के प्रासंगिक टाइमस्केल पर चित्रित किया गया है। अंततः समय संकल्प छवि और क्षेत्र डिटेक्टर के रीड-आउट समय को एकत्र करने के लिए आवश्यक नमूनों पर एक्स-रे प्रवाह द्वारा सीमित होता है।

प्रायोगिक अभ्यास
प्रतिबद्ध या आंशिक रूप से प्रतिबद्ध जीआईएसएएक्सएस बीमलाइन कई सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों (उदाहरण के लिए एसएसआरएल, एपीएस, शतरंज, ईएसआरएफ, हसिलैब, एनएसएलएस, और पोहांग प्रकाश स्रोत) और एलबीएनएल में उन्नत प्रकाश स्रोत पर भी उपस्थित हैं।

न्यूट्रॉन अनुसंधान सुविधाओं में, जीआईएसएएनएस का अधिक उपयोग किया जाता है, सामान्यतः लघु-कोण (एसएएनएस) उपकरणों पर या परावर्तक के रूप में अत्यधिक होता है।

जीआईएसएएस को तनु फिल्म निक्षेपण तकनीक के अलावा किसी विशिष्ट नमूना तैयार करने की आवश्यकता नहीं है। फिल्म की मोटाई कुछ एनएम से कई 100 nm तक हो सकती है, और ऐसी पतली फिल्में अभी भी एक्स-रे बीम द्वारा पूरी तरह से प्रवेश कर जाती हैं। फिल्म की सतह, फिल्म आंतरिक, साथ ही सब्सट्रेट-फिल्म अंतरपटल सभी पहुंच योग्य हैं। घटना कोण को अलग-अलग करके अलग-अलग योगदानों की पहचान की जा सकती है।

बाहरी संबंध

 * जीआईएसएएक्सएस and GIWAXS tutorial by Detlef Smilgies - Updated Link!
 * जीआईएसएएक्सएस wiki by Kevin Yager
 * isजीआईएसएएक्सएस modelling/fitting software by Rémi Lazzari
 * Fitजीआईएसएएक्सएस modelling/fitting software by David Babonneau
 * BornAgain modelling and fitting software by Scientific Computing Group of MLZ Garching
 * HiPजीआईएसएएक्सएस Massively Parallel जीआईएसएएक्सएस simulation code by LBNL