高真空低溫環境中的樣本定位

采用同步光束進行脈衝(chong) 激光沉積(PLD)原位表征

利用六軸樣本操縱器獲取的真空室內(nei) 視圖（圖片：由弗拉斯卡蒂INFN LNF的Augusto Marcelli博士和意大利米蘭(lan) 比可卡大學的Valter Maggi博士提供）

根據南極洲和阿爾卑斯山脈的深冰芯中的粉塵對氣候變化和冰河形式進行的研究需要寒冷和無汙染樣本環境。儀(yi) 器需在低溫環境以及溫度為(wei) ‐50攝氏度的高真空室（10–7百帕）中進行操作。

粉塵的結構和成分通過X-射線吸收光譜、X-射線熒光和X-射線衍射實驗進行研究。分析需要對樣本極其複雜和非均勻的表麵進行映射，且精度需達微米級。

這一任務通過一個(ge) SpaceFAB定位機器人完成，其可在所有直線和角度方向上實現六自由度運動。SpaceFAB專(zhuan) 門針對高真空使用而定製，極其緊湊，配備真空兼容型步進電機，可適用於(yu) -50至+80攝氏度的溫度範圍。

此實驗為(wei) 位於(yu) 意大利弗拉斯卡蒂INFN LNF的CryoAlp項目的一部分。該研究有一部分在SSRL開展，而SSRL是斯坦福大學代表美國能源部基礎能源科學辦公室運作的一個(ge) 國家用戶裝置。

該六軸顯微操縱器在-50攝氏度下通過合格驗證

經測量，絕對位置精度為(wei) 10微米（線性）和50微弧度（角度），重複精度僅(jin) 為(wei) 100納米和10微弧度。幹涉測試顯示1分鍾內(nei) 的平均靜態穩定性高達20納米，從(cong) 而可實現對樣本的徹底檢驗。

高真空中的樣本操縱器

采用同步光束進行脈衝激光沉積(PLD)原位表征

在ANKA同步輻射裝置（卡爾斯魯厄，德國）的NANO光束線中，同步輻射的X-射線衍射和反射可用於(yu) 研究薄膜在真空條件下的結構屬性，這也是現代材料研究的一部分。

為(wei) 了在光束線中直接使用，開發了一體(ti) 化係統，其中脈衝(chong) 激光用於(yu) 將固體(ti) 靶材帶到氣相中，然後使其沉積作為(wei) 襯底上的一層。光束線PLD係統的特點是激光加熱（可將襯底加熱至1200攝氏度）以及簡便加載。一個(ge) 特殊特征是：由於(yu) 樣本操縱器的尺寸小，即使襯底高度較低，也可實現X-射線的較寬角度範圍。

樣本操縱器中的六足位移台

在樣本操縱器中，由PI設計的用於(yu) 高真空的六足位移台可相對於(yu) 入射X-射線定位樣本，即10 毫米 × 10 毫米的襯底，使樣本可以0.001度的分辨率繞X和Y軸傾(qing) 斜±5度。此外，為(wei) 了補償(chang) 層厚度差，它可沿Z 軸（即垂直於(yu) 樣本表麵的方向）進行移動，最大移動量為(wei) 3毫米。同時，係統沿X和Y軸方向的移動量可達 ±6毫米，從(cong) 而可以掃描到 樣本表麵的不同位置。六足位移台固定在轉台上，需要時可執行進一步的定位任務。

為X-射線衍射實驗定位真空室

在瑞典MAXlab的儲(chu) 存環MAX II處，光束線I811專(zhuan) 用於(yu) 通過X-射線吸收光譜進行材料科學研究以及表麵科學X-射線衍射實驗。

提供一個(ge) 多用途衍射儀(yi) 用於(yu) 表麵、界麵、薄膜和一般X-射線散射實驗。一個(ge) H-850（之前為(wei) M-850）標準六足位移台安裝在衍射儀(yi) 上，用於(yu) 將真空室與(yu) 光束中的樣本對準。由於(yu) 其具有六個(ge) 自由度，可在任意方向上定位20至50千克的真空室，且重複精度小於(yu) 1微米。

X射線檢測器的定位

分析FEL同步輻射與物質間的相互作用

作為(wei) SLAC（斯坦福線性加速器中心）的組成部分，直線性連續加速器光源(LCLS)本質上是一台自由電子激光源(FEL)，它產(chan) 生超高亮度的同步輻射。利用此輻射，可開展許多先進實驗，例如非線性X-射線物理學實驗或納米結構的單次激發成像等。目前正在原子、分子與(yu) 光科學光束線(AMO)裝置上開展一項實驗，以期深入了解FEL同步輻射與(yu) 原子、分子和團簇之間的相互作用。

使用電子和離子光譜或X-射線衍射來檢測樣品中由激光輻射觸發的反應。為(wei) 了同時記錄散射X-射線光子以及強X-射線脈衝(chong) 與(yu) 樣品相互作用所產(chan) 生的離子和電子，采用了對X-射線高度敏感的pnCCD相機，此相機必須具有非常精準的定位並達到極高的可重複性。此相機以高達每秒1000幅圖像的幀速率記錄單個(ge) 像素上的完整光譜。由於(yu) 檢測器采用並行架構，因此主激光束在檢測器零件之間通過時不會(hui) 造成任何損壞。

為(wei) 了定位這兩(liang) 個(ge) X-射線檢測器，PI開發了一款緊湊型線性平移台，該平移台包括一個(ge) 導向裝置和兩(liang) 塊獨立的活動板。檢測器能夠在50毫米的行程內(nei) 朝0“關(guan) 閉”位置獨立運動；檢測器之間的最大距離為(wei) 100毫米。平台的運動由分辨率為(wei) 50納米的絕對測量線性編碼器控製。

在對兩(liang) 個(ge) 檢測器進行相應定位時，可在廣角範圍內(nei) 記錄散射的X-射線，並且可從(cong) 空間和光譜的角度對其進行評估。這款線性平台設計用於(yu) 高達10–9百帕的超高真空，選用不鏽鋼材質。

長期定位

10-7百帕時具有高精度

位於(yu) 瑞士光源(SLS)的先進共振光譜(ADRESS)光束線是一條高性能軟X-射線波蕩器光束線，工作能量範圍為(wei) 300電子伏特至1.6千電子伏特。它的RIXS終端站用於(yu) 共振非彈性X-射線散射，是基於(yu) SAXES—一款高分辨率分光儀(yi) ，用於(yu) 400至1600電子伏特能量範圍內(nei) 的軟X-射線，由保羅謝勒研究所和米蘭(lan) 理工大學共同開發。

實驗裝置采用VLS（變間距）光柵，其可進行角度重新定位，以減小在兩(liang) 個(ge) 及以上能量上操作時高階光學畸變造成的光譜線寬退化。針對這一任務，PI設計了一個(ge) 係統以在多個(ge) 自由度內(nei) 移動和定位光柵：傾(qing) 斜以改變角度、滾動、垂直定位和水平橫向移動以使用第二個(ge) 可選擇的光柵。

這一長期定位任務要求運動具有高精度：Z向對準32毫米和晶體(ti) 選擇155毫米的分辨率各為(wei) 1微米，±5度內(nei) 的角運動的分辨率為(wei) 20微弧度。此外，整個(ge) 係統在10-7百帕的真空環境中應可保持長期穩定。