पृष्ठसर्पी आपतन-लघु कोण प्रकीर्णन

चराई-घटना छोटे-कोण बिखरने (GISAS) एक बिखरने वाली तकनीक है जिसका उपयोग नैनोसंरचित सतहों और पतली फिल्मों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। बिखरी हुई जांच या तो फोटॉन (चराई-घटना छोटे-कोण एक्स-रे बिखरने, GISAXS) या न्यूट्रॉन (चराई-घटना छोटे-कोण न्यूट्रॉन बिखरने, GISANS) है। GISAS लघु-कोण प्रकीर्णन (SAS: SAXS या लघु-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन) की सुलभ लंबाई के पैमाने और चराई घटना विवर्तन (GID) की सतह संवेदनशीलता को जोड़ती है।



अनुप्रयोग
GISAS का एक विशिष्ट अनुप्रयोग पतली फिल्मों में नैनोस्कोपिक स्केल पर स्व-विधानसभा और स्व-संगठन का लक्षण वर्णन है। जीआईएसएएस द्वारा अध्ययन की गई प्रणालियों में क्वांटम डॉट सरणियाँ शामिल हैं, इन-सीटू विकास के दौरान गठित विकास अस्थिरताएं, ब्लॉक कॉपोलिमर की पतली फिल्मों में स्व-संगठित नैनोस्ट्रक्चर, सिलिका मेसोफ़ेज़, और नैनोकण। GISAXS को लेविन और कोहेन ने पेश किया था कांच की सतह पर निक्षेपित सोने के गीलापन का अध्ययन करने के लिए। तकनीक को आगे नौडॉन द्वारा विकसित किया गया था और सहकर्मी सतहों पर और दबे हुए इंटरफेस में धातु समूह का अध्ययन करने के लिए। नेनौसाइंस  के आगमन के साथ अन्य अनुप्रयोग तेजी से विकसित हुए, पहले कठोर पदार्थ में जैसे सेमीकंडक्टर सतहों पर क्वांटम डॉट्स के लक्षण वर्णन और ऑक्साइड सतहों पर धातु जमा के इन-सीटू लक्षण वर्णन। इसके बाद जल्द ही अल्ट्राथिन पॉलीमर फिल्म्स जैसे  कोमल पदार्थ  सिस्टम्स आने लगे। पॉलीमर ब्लेंड्स, ब्लॉक कॉपोलीमर फिल्म्स और अन्य स्व-संगठित नैनोस्ट्रक्चर्ड थिन फिल्म्स जो नैनोसाइंस और टेक्नोलॉजी के लिए अपरिहार्य हो गए हैं। GISAS की भविष्य की चुनौतियाँ जैविक अनुप्रयोगों में निहित हो सकती हैं, जैसे कि प्रोटीन, पेप्टाइड्स, या सतहों से जुड़े वायरस या लिपिड परतों में।

व्याख्या
एक संकर तकनीक के रूप में, जीआईएसएएस ट्रांसमिशन स्मॉल-एंगल स्कैटरिंग (एसएएस), चराई-घटना 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 करीब बिखरने वाली ज्यामिति का उपयोग करता है, और बिखरने के द्वि-आयामी चरित्र, सतह पर लंबवत बिखरने वाली तीव्रता की फैलाने वाली छड़ें पैदा करता है। डिफ्यूज़ (ऑफ-स्पेक्यूलर) रिफ्लेक्टोमेट्री के साथ यह नमूने के महत्वपूर्ण कोण पर योनेडा/विनयार्ड चोटी जैसी घटनाओं को साझा करता है, और स्कैटरिंग थ्योरी, डिस्टॉर्टेड वेव बोर्न सन्निकटन (DWBA)।  हालाँकि, जबकि विसरित परावर्तकता घटना तल तक ही सीमित रहती है (घटना बीम और सतह सामान्य द्वारा दिया गया विमान), GISAS सभी दिशाओं में सतह से पूरे बिखरने की पड़ताल करता है, आमतौर पर 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।

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

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 मामले 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 बीम से बिखरने के बीच हस्तक्षेप को डीडब्ल्यूबीए बिखरने के सिद्धांत द्वारा पूरी तरह से हिसाब किया जा सकता है।

ये जटिलताएं अक्सर 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। MBE विकास के दौरान विशेष रूप से स्व-संगठन और विलायक वाष्प के प्रभाव में ब्लॉक कॉपोलिमर फिल्मों में प्रक्रियाओं का पुनर्गठन सेकंड से लेकर मिनट तक के प्रासंगिक समयमानों पर चित्रित किया गया है। अंततः समय संकल्प एक 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
कई सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों पर समर्पित या आंशिक रूप से समर्पित GISAXS बीमलाइनें मौजूद हैं (उदाहरण के लिए स्टैनफोर्ड सिंक्रोट्रॉन विकिरण प्रकाश स्रोत, उन्नत फोटॉन स्रोत, त्वरक-आधारित विज्ञान और शिक्षा के लिए कॉर्नेल प्रयोगशाला#CHESS, यूरोपीय सिंक्रोट्रॉन विकिरण सुविधा, DESY#HASYLAB, राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत, पोहांग प्रकाश स्रोत) और एलबीएनएल में उन्नत प्रकाश स्रोत भी।

न्यूट्रॉन अनुसंधान सुविधा में, GISANS का तेजी से उपयोग किया जा रहा है, आमतौर पर छोटे-कोण (SANS) उपकरणों पर या न्यूट्रॉन परावर्तक  पर।

जीआईएसएएस को पतली फिल्म निक्षेपण तकनीकों के अलावा किसी विशिष्ट नमूना तैयार करने की आवश्यकता नहीं होती है। फिल्म की मोटाई कुछ एनएम से लेकर कई 100 एनएम तक हो सकती है, और ऐसी पतली फिल्में अभी भी एक्स-रे बीम द्वारा पूरी तरह से प्रवेश कर जाती हैं। फिल्म सतह, फिल्म इंटीरियर, साथ ही सब्सट्रेट-फिल्म इंटरफ़ेस सभी सुलभ हैं। घटना कोण को अलग-अलग करके विभिन्न योगदानों की पहचान की जा सकती है।

बाहरी संबंध

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