Phase imaging with partially coherent x rays

X-ray phase imaging with illumination by a partially coherent source with a setup similar to in-line holography is considered. Using the optical transform function, we consider the effects of partial coherence on this x-ray phase imaging for a weak phase object. The optimal contrast and the resolution of phase imaging are analyzed. As the coherence decreases, the imaging contrast and the optimal contrast frequency decrease, and the resolution degrades. It is shown that this contrast-enhanced phase-imaging method can be regarded as a linear bandpass filter and that the bandwidth and the image contrast are changeable. The frequency property of the imaging system can be improved if an incoherent x-ray source with the proper shape is used. (C) 1999 Optical Society of America.

Theoretical investigations of experimental gravitation

This thesis has two basic themes: the investigation of new experiments which can be used to test relativistic gravity, and the investigation of new technologies and new experimental techniques which can be applied to make gravitational wave astronomy a reality.

Advancing technology will soon make possible a new class of gravitation experiments: pure laboratory experiments with laboratory sources of non-Newtonian gravity and laboratory detectors. The key advance in techno1ogy is the development of resonant sensing systems with very low levels of dissipation. Chapter 1 considers three such systems (torque balances, dielectric monocrystals, and superconducting microwave resonators), and it proposes eight laboratory experiments which use these systems as detectors. For each experiment it describes the dominant sources of noise and the technology required.

The coupled electro-mechanical system consisting of a microwave cavity and its walls can serve as a gravitational radiation detector. A gravitational wave interacts with the walls, and the resulting motion induces transitions from a highly excited cavity mode to a nearly unexcited mode. Chapter 2 describes briefly a formalism for analyzing such a detector, and it proposes a particular design.

The monitoring of a quantum mechanical harmonic oscillator on which a classical force acts is important in a variety of high-precision experiments, such as the attempt to detect gravitational radiation. Chapter 3 reviews the standard techniques for monitoring the oscillator; and it introduces a new technique which, in principle, can determine the details of the force with arbitrary accuracy, despite the quantum properties of the oscillator.

The standard method for monitoring the oscillator is the "amplitude- and-phase" method (position or momentum transducer with output fed through a linear amplifier). The accuracy obtainable by this method is limited by the uncertainty principle. To do better requires a measurement of the type which Braginsky has called "quantum nondemolition." A well-known quantum nondemolition technique is "quantum counting," which can detect an arbitrarily weak force, but which cannot provide good accuracy in determining its precise time-dependence. Chapter 3 considers extensively a new type of quantum nondemolition measurement - a "back-action-evading" measurement of the real part X₁ (or the imaginary part X₂) of the oscillator's complex amplitude. In principle X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, and a sequence of such measurements can lead to an arbitrarily accurate monitoring of the classical force.

Chapter 3 describes explicit gedanken experiments which demonstrate that X₁ can be measured arbitrarily quickly and arbitrarily accurately, it considers approximate back-action-evading measurements, and it develops a theory of quantum nondemolition measurement for arbitrary quantum mechanical systems.

In Rosen's "bimetric" theory of gravity the (local) speed of gravitational radiation v_g is determined by the combined effects of cosmological boundary values and nearby concentrations of matter. It is possible for v_g to be less than the speed of light. Chapter 4 shows that emission of gravitational radiation prevents particles of nonzero rest mass from exceeding the speed of gravitational radiation. Observations of relativistic particles place limits on v_g and the cosmological boundary values today, and observations of synchrotron radiation from compact radio sources place limits on the cosmological boundary values in the past.

增益随机散射介质中的非相干辐射

用蒙特卡罗方法仿真了增益随机散射体中的非相干辐射，观察了非相干随机激光的特性。当抽运能量超过一定阈值时，散射体的整体辐射谱突然变窄；随着抽运能量继续增大，在光滑谱背景上会出现分离尖峰；散射体内空间某位置处频率组成不是单一的；辐射谱中某单个频率的空间方向分布和位置分布比较广。增益随机散射体中产生的非相干随机激光本质上既不同于无反馈的普通放大自发辐射，又不同于相干反馈形成的常规激光。解释了非相干随机激光辐射谱上出现分离尖峰的原因，出现这种现象是由于少数光子在增益散射体中经历较多次数散射后得到了相对充分的放大。

Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene

We have grown an atom-thin, ordered, two-dimensional multi-phase film in situ through germanium molecular beam epitaxy using a gold (111) surface as a substrate. Its growth is similar to the formation of silicene layers on silver (111) templates. One of the phases, forming large domains, as observed in scanning tunneling microscopy, shows a clear, nearly flat, honeycomb structure. Thanks to thorough synchrotron radiation core-level spectroscopy measurements and advanced density functional theory calculations we can identify it as a root 3 x root 3 R(30 degrees) germanene layer in conjunction with a root 7 x root 7 R(19.1 degrees) Au(111) supercell, presenting compelling evidence of the synthesis of the germanium-based cousin of graphene on gold.

Avaliação da concentração de Cl, K e Ca na urina, hemolinfa e túbulos de Malpighi de Rhodnius prolixus usando a técnica de fluorescência de raios X por reflexão total por radiação síncrotron (SR-TXRF)

Neste trabalho utilizou-se a técnica fluorescência de raios X usando radiação síncrotron (SR-TXRF) para estudar, quantitativamente, o transporte de cloro, potássio e cálcio na hemolinfa, urina e túbulos de Malpighi (TM) em ninfas de quinto estágio do Rhodnius prolixus (R. prolixus), considerando a excreção destes elementos em diferentes dias após o repasto sanguíneo. R. prolixus é um dos principais vetores do Trypanosoma cruzi, agente causador da doença de Chagas. R. prolixus fornece um sistema modelo particularmente útil porque seus TMs tanto secretam quanto reabsorvem íons a taxas elevadas. Os TMs filtram a hemolinfa e secretam um líquido que é muitas vezes comparado com a urina primária em vertebrados. Os resultados obtidos mostram que a concentração de potássio na urina é substancialmente maior do que na hemolinfa. A concentração de cloro na hemolinfa é menor do que na urina, mas a diferença não é tão marcada como no caso do potássio. No caso do Rhodnius é razoável interpretar a elevada concentração de potássio na urina como adaptativo para o problema de excreção imediato do inseto. A concentração de cálcio nos TMs é substancialmente maior em comparação com os valores encontrados na hemolinfa e urina. Este resultado mostra que o cálcio é retido no corpo do R. prolixus e pouco eliminado. Os resultados obtidos estão coerentes com a literatura. Avaliou-se também o efeito no transporte de Cl, K e Ca após um repasto de sangue de coelho contaminado com HgCl2 de modo a avaliar o efeito da presença deste metal tóxico no balanço iônico nos fluidos de excreção urina e hemolinfa e também pelo principal órgão de transporte, os túbulos de Malpighi. As excreções de Cl e K pela urina são afetadas pela ingestão. Este resultado é esperado levando-se em consideração a ingestão de excesso de Cl através do HgCl2. O transporte de Cl, K e Ca na hemolinfa do Rhodnius prolixus não é afetada pela ingestão de HgCl2. Nos túbulos de Malpighi, as altas concentrações de Ca obtidas foram comparáveis àquelas encontradas nos insetos controle. Pode-se concluir que SR-TXRF é um método muito promissor para análises diretas, rápidas e confiáveis para a quantificação simultânea de elementos envolvidos na regulação do transporte e em todo o sistema excretor de insetos. Além disso, o estudo do transporte e a excreção de elementos no inseto Rhodnius prolixus abrem oportunidade para a maior compreensão de efeitos da poluição em espécies de invertebrados.

Ce：YAP晶体中的孪晶缺陷

The twin defects in Ce:YAP were investigated by using synchrotron radiation topography and etch figures. The results show that the twins are {101} and {121} types, and the exchange of neighboring lattice parameters is considered to be the intrinsic factor for twining. Based on such analysis, the twin structure model was established. Otherwise, the growth experiment results show that the abrupt change of growth rate during shoulder formation tends to cause twining.

铝酸钇晶体中的生长小面

采用提拉法生长了掺Ce、掺Yb和掺Mn的铝酸钇(YAlO3,YAP)晶体,晶体均完整透明,无肉眼可见的气泡、散射和包裹物等宏观缺陷。通过化学腐蚀和同步辐射白光形貌实验检测了YAP晶体中的生长小面缺陷。结果表明:晶体生长过程中,由于凸向熔体的固-液界面,造成了小面生长现象。沿[101]方向生长的YAP晶体中出现的小面为(102),(201),(121)和(121)奇异面。X射线摇摆曲线表征的结果表明:生长小面的存在严重破坏了晶体的微观结构完整性和均匀性,并导致了小角度晶界缺陷的产生。

不同膜层数的Mo/Si多层膜的表界面粗糙度和软X射线反射率

用磁控溅射法制备了顶层分别是Mo膜层和Si膜层的两个系列的Mo/Si多层膜，它们的周期厚度相同但是膜层数各不相同。Mo/Si多层膜的周期厚度和界面粗糙度由小角X射线衍射（SAXRD）曲线拟和得到。用原子力显微镜测量了Mo/Si多层膜的表面粗糙度。在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。通过理论和试验研究，发现Mo/Si多层膜的软X射线反射率主要由周期数和界面粗糙度决定，表面粗糙度对Mo/Si多层膜的软X射线反射率影响较小。

Mo／Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究

用磁控溅射法分别制备了以Mo膜层和Si膜层为顶层的Mo／Si多层膜系列，利用小角X射线衍射确定了各多层膜的周期厚度。以不同周期数的Mo／Si多层膜的新鲜表面近似等同于同一多层膜的内界面，通过原子力显微镜研究了多层膜界面粗糙度随膜层数的变化规律。并在国家同步辐射实验室测量了各多层膜的软X射线反射率。研究表明：随着膜层数的增加，Mo膜层和Si膜层的界面粗糙度先减小后增加然后再减小，多层膜的峰值反射率先增加后减小。

Caracterização de cálculos urinários humanos inteiros de rim e bexiga usando difração de raios X e microtomografia computadorizada

A urolitíase é um problema de escala mundial, que ocorre em todas as regiões, culturas e grupos raciais. A incidência desta doença vem aumentando ao redor do mundo e dados mostram que no Brasil estima-se que são afetados 5% da população com uma taxa de recorrência de 2,5%. Conhecer a composição mineral e estrutura interna dos cálculos é um passo importante para tentar entender melhor a fisiopatologia desta doença. Quatro cálculos urinários infecciosos, íntegros de grande volume (diâmetro maior que 20 mm), sendo dois provenientes da bexiga e dois de rins, obtidos cirurgicamente no setor de urologia do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE/UERJ) foram analisados usando microtomografia (μCT) e difração de raios X por policristais (DRXP). As imagens microtomográficas foram obtidas usando tubo de raios X microfoco na estação TomoLab e radiação síncrotron (SR-μCT) na linha de Física Médica, ambos no Laboratório Síncrotron Elettra, Trieste, Itália. As medidas de DRXP foram realizadas na linha de Difração de Raios X do Laboratório Nacional de luz Síncrotron, Campinas, Brasil. Para os cálculos de bexiga foram encontradas quatro fases cristalinas: estruvita (STV), oxalato mono (COM) e dihidratado (COD) e hidroxiapatita (HAp). Nos cálculos renais foram encontrados STV e HAp, sendo predominante a primeira fase cristalina. A quantidade de material amorfo (não-cristalino) foi maior que 60% da composição das amostras. A técnica convencional utilizada foi eficaz para análise dos cálculos urinários inteiros e possibilitou a visualização de estruturas internas sem interferência de procedimentos prévios de preparação da amostra. As análises de DRXP com fonte síncrotron aliadas ao método Rietveld foram determinantes para identificação e quantificação dos minerais presentes nas varias camadas das amostras. Pode-se constatar a complementaridade entre a μCT e a DRXP para caracterização microestrutural e mineralógica de cálculos urinários humanos.

Comparação da difusão de fósforo em solos brasileiros para diferentes fertilizantes granulados usando fluorescência de raios X por reflexão total por radiação síncroton (SR-TXRF)

O fósforo (P) é um nutriente essencial para o crescimento das plantas. Milhões de toneladas de P são aplicados aos solos anualmente. No entanto, apenas uma pequena fração do P aplicado com fertilizantes é aproveitada nas lavouras no ano de aplicação, bem como a eficácia do fertilizante fosfatado diminui com o tempo. Para melhorar a nossa compreensão dos mecanismos, a esta resposta do P no campo, este trabalho visa estudar a migração desse elemento em solos tropicais brasileiros (Latossolo vermelho e Latossolo amarelo) tratados com três tipos de fertilizantes: fosfato monoamônico (MAP), o polímero revestido de fosfato monoamônio (MAPP) e fosfato organomineral (OMP) em um experimento de placa de Petri. Fluorescência de Raios X por Reflexão Total (TXRF) foi usada para determinar o fluxo difusivo P a distâncias radiais diferentes (entre 0 e 7,5 mm, entre 7,5 e 13,5 mm, 13,5 e 25,5 mm e entre 25,5 e 43 mm) a partir do grânulo de fertilizante. As análises usando TXRF foram realizadas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas, São Paulo, na linha de Fluorescência de Raios X (Beamline D09B). Depois de um período de cinco semanas, a concentração total de P, Ca e Al foram obtidas e comparadas analisando o tipo de solo/textura, o pH e o respectivo extrator de P, que nesse estudo foram usados o Mehlich 1 e água régia. De forma geral, concluiu-se que 80,0 % de fósforo proveniente dos fertilizantes usados nessa proposta ficaram concentrados em distâncias menores que 10 mm do ponto de aplicação dos fertilizantes, independentemente do tipo de solo, do pH e da respectiva textura. Em relação à utilização da técnica TXRF, o sistema foi eficiente, dentre outras características, na discriminação dos picos de fósforo dos picos de enxofre, principalmente nas amostras de solo usadas a partir da extração com Mehlich 1. Destaca-se isso, pois os raios X característicos desses elementos são muitos próximos.

Cathodoluminescence study on in composition inhomogeneity of thick InGaN layer

We have investigated the optical properties of thick InGaN film grown on GaN by cathodeluminescence (CL) spectroscopy. It is found that there is obvious In composition variation in both growth and lateral direction of InGaN film. The depth distribution of In composition is closely related to the strain relaxation process of InGaN film. Accompanied with the relaxation of compressive strain, the In composition of InGaN layer increases and the CL peak energy shifts towards red. Moreover, a rather apparent In composition fluctuation is found in the relaxed upper part of InGaN layer as confirmed by CL imaging.

Kinetically controlled InN nucleation on GaN templates by metalorganic chemical vapour deposition

This paper presents a study on the nucleation and initial growth kinetics of InN on GaN, especially their dependence on metalorganic chemical vapour deposition conditions. It is found that the density and size of separated InN nano-scale islands can be adjusted and well controlled by changing the V/III ratio and growth temperature. InN nuclei density increases for several orders of magnitude with decreasing growth temperature between 525 and 375 degrees C. At lower growth temperatures, InN thin films take the form of small and closely packed islands with diameters less than 100 nm, whereas at elevated temperatures the InN islands grow larger and become well separated, approaching an equilibrium hexagonal shape due to enhanced surface diffusion of adatoms. The temperature dependence of InN island density gives two activation energies of InN nucleation behaviour, which is attributed to two different kinetic processes related to In adatom surface diffusion and desorption, respectively.

Suppression of indium droplet formation by adding CCl4 during metalorganic chemical vapor deposition growth of InN films

In this work, the influences of CCl4 on the metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) growth of InN were studied for the first time. It was found that the addition of CCl4 can effectively suppress the formation of metal indium (In) droplets during InN growth, which was ascribed to the etching effect of Cl to In. However, with increasing of CCl4 flow, the InN growth rate decreased but the lateral growth of InN islands was enhanced. This provides a possibility of promoting islands coalescence toward a smooth surface of the InN film by MOCVD. The influence of addition of CCl4 on the electrical properties was also investigated.

Pressure-induced phase transition of nanocrystalline zinc sulfide

In situ energy dispersive X-ray diffraction measurements on nanocrystalline zinc sulfide have been performed by using diamond anvil cell with synchrotron radiation. There is a phase transition which the ultimate structure is rocksalt when the pressure is up to 16.0GPa. Comparing the structure of body materials, the pressure of the phase transition of nano zinc sulfide is high. We fit the: Birch-Murnaghan equation of state and obtained its ambient pressure bulk modulus and its pressure derivative. The bulk modulus of nanocrystalline zinc sulfide is higher than that of body materials, it indicate that the rigidity of nanocrystalline zinc sulfide is high.