【低维结构探针线站】  

负责人：王焕华（ wanghh@ihep.ac.cn）  

试用课题（PILOT proposal）联系人：

王焕华（ wanghh@ihep.ac.cn）  

翁小榕  wengxr@ihep.ac.cn  

【科学目标Scientific Scope】

低维结构探针(Low-Dimension Structure Probe，简称LoDiSP)线站以表面X射线散射（SXRS）为核心方法，分析低维材料与器件在多种外场环境中的原位结构及其动态变化。

本线站采用In Vacuum Undulator (IVU) 插入件作为光源，采用一条光束线串联两个实验站、每个实验站包含两个实验区（简称2+2结构）的设计。

前实验站（EH1）开展多环境下的X射线散射实验，核心设备是一台6+3圆衍射仪，配备多种小型样品环境，提供共振和非共振的表面衍射（SXRD）、反射（XRR）、晶体截断棒（CTR）分析、倒易空间绘制（RSM）、表面原子对分布函数（SPDF）、光子关联谱（XPCS）等X射线散射方法。

后实验站（EH2）开展超高真空下的表面散射原位结构分析实验，核心是一套“SXRS+ HMBE+ RHEED+ XPCS+ XRR”原位结构探针集成装置，其中的混合MBE腔可从衍射仪上推走，换成用户自己的原位样品制备腔体。

针对国家在低维材料和器件方面的战略性需求和重大研究计划，该线站的科学目标主要集中在：

1）低维材料与器件在外场环境中的结构及其动态变化研究；

2）各种固体界面和固液界面的结构与物性的关系研究。

该线站围绕这些结构探测对象的研究进行参数设计和线站配置的优化，提供多种外场环境，具备对薄膜、异质结、表面、界面、纳米棒、原子链等低维材料与器件开展多维度、多尺度、多模式的结构研究能力，尤其是对表界面结构的探测表征能力。

【主要特色Features】

入射光自由度：能量可调，偏振可调，可向下偏折

 光束高度相干：GIXPCS，WAXPCS，BCDI方法可实验

 多种样品环境：原位生长, 温度, 电场, 磁场, 应力、电化学反应

 定向共振激发：偏振与能量可调性

 元素识别能力：共振散射，荧光谱

 动态探测能力：时间分辨X射线散射，GI-/WA- XPCS

 偏振分析能力：6＋3圆衍射仪，散射光偏振分析

 低维结构分析能力：超薄薄膜、表面、界面

 快速CTR分析能力：高能光源＋微聚焦

EH1通过采用可伸缩飞行通道，集成WA-XPCS和SAXPCS、WAXRD和GIXRD。

EH2将建成全球首个“混合MBE+XPCS集成”原位结构探针；

EH2可建成全球首个可采用倏逝波调制薄膜生长形貌的原位结构探针集成装置

- 主要设备

Huber6+3圆衍射仪

飞行管道

- 样品环境Sample Environments

高温样品环境300-1573 K

低温样品环境5-300 K

真空样品环境10^-7 Pa

- 探测器Detectors

面探测器Eiger 4M

点探测器 9910

LoDiSP主要实验方法包括XRD，GIWAXS，PDF和XPCS等方法。

Daisy-PDF由Python编写的面向全散射实验的数据处理软件，支持高性能并行批处理，提供了图像导入、预览、预处理、方位角积分、PDF函数计算、结果可视化等模块，能够实现从衍射图样到PDF函数全流程的快速处理。Daisy-PDF支持tiff和HDF5等格式的数据处理。Daisy-PDF提供了基于Jupyter生态的Web 前端用户界面，部署在HEPS 交互式计算 Torch 平台上，用户可以在实验站上通过部署的瘦终端访问实验数据，并调用HEPS计算资源进行PDF数据处理。

Daisy-XPCS 由Python编写的X射线光子相关谱软件，提供了图像导入、mask和ROI的选择，预处理、二次自相关函数（g2）计算、双时关联函数（c2）计算、结果可视化与拟合分析等模块，能够实现在线和离线数据的快速重建，支持tiff和HDF5等数据格式，支持基于CPU和GPU加速方式。Daisy-XPCS提供了基于Jupyter生态的Web 前端用户界面，部署在HEPS 交互式计算 Torch 平台上，用户可以在实验站上通过部署的瘦终端借助Daisy-XPCS访问实验数据，并调用HEPS GPU计算资源进行X射线光子相关谱数据处理。