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La ligne de lumière GALAXIES est dédiée à la diffusion inélastique des rayons X (IXS) et à la photoémission de haute énergie (HAXPES). Ces techniques spectroscopiques sont des sondes puissantes des propriétés électroniques des materiaux. La ligne de lumière est optimisée pour travailler dans le domaine en énergie de 2.3 à 12 keV avec une excellente résolution et un faisceau micro-focalisé.

Faisceau blanc, cabane optique de GALAXIESGALAXIES est une ligne onduleur optimisée dans le domaine de rayons X durs.
Les techniques développées sur la ligne sont :
- La diffusion inélastique des rayons X (IXS)
- La photoémission de haute énergie (HAXPES)

L'équipe

ABLETT
ABLETT James
Scientifique de Ligne De Lumière
CEOLIN
CEOLIN Denis
Scientifique de Ligne De Lumière
LEBERT
LEBERT Blair *
Doctorant
MARCEDDU
MARCEDDU Marco
MORIN
MORIN Paul
Emérite
PRIEUR
PRIEUR Dominique
Assistant Ingénieur de Ligne De Lumière
RUEFF
RUEFF Jean-Pascal
Responsable Ligne De Lumière
UTSUMI
UTSUMI Yuki
Post-Doctorant
BALEDENT Victor
sur GALAXIES : Post-doc
actuellement : Maitre de conférence, LPS, Orsay
RODOLAKIS Fanny
sur GALAXIES : Ph.D.
actuellement : Scientifique de ligne, Argonne National Lab.
LASSALLE Benedikt
sur GALAXIES : Post doc
actuellement : Scientifique de ligne (LUCIA), Synchrotron SOLEIL
RAULT Julien
sur GALAXIES : Post doc
actuellement : Scientifique de ligne (CASSIOPEE), Synchrotron SOLEIL

Associés et partenaires

Associés :

Marc SIMON, HAXPES, LCPMR, Paris

Abhay SHUKLA, RIXS, IMPMC, Paris

Matteo GATTI, Théorie, LSI, Ecole Polytechnique

Partenaire Académique :

Partenaire Financement :

   

 

Offres d'emploi & de stage

Accéder aux offres d'emploi de SOLEIL

Données techniques

Gamme en énergie

2.3 – 12 keV

Résolution

ΔE entre 100 meV et 1 eV à 8 keV

Source

Onduleur U20 sous vide

Polarisation

linéaire (H) ; Avec lame 1/4 d'onde : linéaire (V) et circulaire

Taille du faisceau

20 (V) x 80 (H) µm2 en mode standard, 5 (V) x 10 (H) µm2 en configuration KB

Optique

Monochromateur 2-cristaux à sortie fixe (Si 111); monochromateur de haute résolution à 4 cristaux (220 asymmetrique (9deg) et asymmetrique) ; miroirs de collimation et de focalisation ; miroirs en configuration KB

Flux

1.5x1012 ph/s (foc. standard), 5x1011 (micro-foc.) à 8 keV

Détection

Diodes Si, diode avalanche

Instrument

RIXS : Spectromètre IXS 1-2m de rayon ; Montage multi-analyseurs (4x1 ou 2x2) 1-0.5 m de rayon;
HAXPES : Analyseur d’électron haute énergie / haute résolution (30 meV à 12 keV) SCIENTA EW4000

Thématiques scientifiques

Matière condensée Electrons fortement corrélés, matériaux supraconducteurs ; composés à valence mixte ou fermions lourds ; couches enterrées, interfaces ; Plus généralement, composés de terres rares et de métaux de transition, notamment les oxydes.
  
>> Diffusion RIXS, Photoémission HAXPES résonante, spectroscopie Auger.
Chimie Propriétés de valence et structure locale dans les complexes métalliques; analyse chimique in-situ, catalyse, électrochimie. 
  
>> Spectroscopie d’absorption en haute résolution, fluorescence X et émission résonante.
Géophysique, biophysique

Magnétisme sous haute pression ; Seuils K des éléments légers en conditions extrêmes.
  
>> Fluorescence, spectroscopie Raman X.

 

Plan GALAXIES

plan GALAXIES

Aperçu

Vue d'ensemble

Optics Hutch 1

U20

Flux calculé : 

Harmoniques mesurées et énergies accessibles  : 

DCM

2 x Si (111) pseudo channel cut à sortie fixe
Gamme en énergie : 2.3 - 12 keV
Résolution calculée après le DCM :

E (keV)

dE (eV)
2.3 0.20
3 0.32
5 0.64
8 1.21
12 2.3

 

Expérimental Hutch 1

HRM

Monochromateur de haute résolution à 4 réflexions
- 4 x Si(220) (symétrique)
- 4 x Si(220) (asymétrique, angle 9°) 
- 4 x Si(111) (asymétrique, angle 18°) 

Résolution calculée : 

M1 miroir de collimation

M1 a deux dépôts différents : 
- C pour les basses énergie (E < 6 keV) 
- Pd pour les hautes énergies (E > 6 keV). 
Calculs des courbes de reflectivité à 5 mrad :

M2A miroirs de focalisation

- Miroirs toriques en Si avec dépôt de Pd
- Servent à la focalisation du faisceau sur les stations HAXPES (M2A) et RIXS (M2B)

HAXPES

Spécifications

Analyseur hémisphérique SCIENTA EW4000
Ec < 12 keV, résolution = 150 meV
Large acceptance angulaire +/- 30°
Taille du spot : 80 x 30 μm2 (H x V)

Environnement échantillons

Cryostat 20 K ARS pour la phase solide
Cellule à gaz SCIENTA

Schéma

La station HAXPES consiste en une chambre d'analyse équipée d'un manipulateur 4 axes associé à un système cryogénique (20 K) pour les échantillons solides et une cellule  destinée aux mesures sur les phases gaz. L'analyseur est situé dans le plan horizontal, à 90° du faisceau incident. Une chambre de préparation couplée à la chambre d'analyse permet le transfert sous vide des échantillons. Elle comprend également un canon à ion, un évaporateur et un LEED pour la caractérisation des échantillons. 

Support échantillon

Plaquette standard type Omicron (dimension en mm)

Porte échantillon spécifique pour l'application d'une tension in-situ

La tension est contrôlée par un Keithley 2450 sourcemeter acheté grâce au DIM-OxyMORE

Experimental Hutch 2

RIXS

Spécifications

Spectromètre Newport RIXS en géométrie de cercle de Rowland (diamètre de 0.5 à 2 m) 
Gamme en énergie : ~4-12 keV
Techniques disponibles : RIXS, NIXS, XES, PFY-XAS
Système multianalyseurs en matrice de 4 x 1 ou 2 x 2 analyseurs
Taille du spot : 80 x 30 μm2 (H x V) [mode M2B] or 15 x 15 μm2 (H x V) [mode KB]

Environnement échantillons

Cellule à enclume diamant (DAC)
Cryostat 10 K spécifique compatible avec les DAC

Schéma

Le spectromètre RIXS est composé de deux bras de diffusion, d'un bras détecteur et d'une tourelle échantillon. 

Liste des analyseurs disponibles

Mise à jour : Janvier 2014 Last update : August 2013

Crystal Rayon Emin* Emax Use** Type
Si(111) 1 m 1977.35 (1) 2103.93 (1)   Courbé uniforme
    5932.05 (3) 6311.79 (3) Cr Kβ, Gd Lα1, Tb Lα1, Cr K  
    7909.40 (4) 8415.72 (4) Cu Kα1, Ni Kβ  
    9886.74 (5) 10519.65 (5) Tl La1  
Si (220) 1 m 3229.00 (1) 3435.70 (1) K Kα1, nIXS Courbé diced
    6457.99 (2) 6871.41 (2) Mn Kβ, Mn K  
    9686.99 (3) 10307.1 (3) Ge Kα1  
Ge (331) 1 m 4777.59 5083.43 Ce Lα1, V Kα1, Pr Lα1 Courbé uniforme
Si (531) 1 m 6753.93 7186.29 Co Kα1,Fe Kβ, Fe K Courbé uniforme
Si (620) 1 m 7220.26 7682.47 Yb Lα1, Ni Kα1, Co Kβ Courbé uniforme
Si (533) 2 m 7486.12 7786.62 Co Kβ, Co K Courbé uniforme
Si (551) 2 m 8152.82 8480.08 Ni Kβ, Ni K Courbé uniforme
Si (553) 2 m 8768.97 9120.97 Cu Kβ, Cu K Courbé uniforme
Ge(111)*** 1 m 1898.42 (1) 2019.95 (1) P Kα1 Courbé uniforme
    5695.26 (3) 6059.85 (3) Mn Kα1, Eu Lα1  
    7593.68 (4) 8079.79 (4) Co K, Co Kβ  
    9492.10 (5) 10099.74 (5) Zn K, Zn Kβ, Ge Kα1  
Ge(220)*** 1m 3100.00 (1) 3298.45 (1) K Kα1 Courbé uniforme
    6199.99 (2) 6596.89 (2) Fe Kα1, Mn Kβ  
    9299.99 (3) 9895.34 (3) Zn Kβ  
Si(311) 1m 3786.34 (1) 4028.72 (1) I Lα1, Ca Kβ, Ca K Courbé uniforme
    11359.01 (3) 12086.16 (3) As K, Br Kα1  

 

(*) le chiffre en parenthèse indique l'ordre de la reflexion
(**) exemple d'usage
(***) achats réalisés grâce au DIM-OxyMORE

M2 B miroirs de focalisation

- Miroirs toriques en Si avec dépôt de Pd
- Servent à la focalisation du faisceau sur les stations HAXPES (M2A) et RIXS (M2B)

Réferences

Merci d'utiliser les références suivantes lors de l'utilisation d'un des équipements de la ligne

Beamline

J.-P. Rueff, J. M. Ablett, D. Céolin, D. Prieur, Th. Moreno, V. Balédent, B. Lassalle, J. E. Rault, M. Simon, and A. Shukla, The galaxies beamline at soleil synchrotron: Inelastic x-ray scattering and photoelectron spectroscopy in the hard x-ray range, J. Synchrotron Rad. 22, 175 (2015).

HAXPES

D. Céolin, J.M. Ablett, D. Prieur, T. Moreno,  J.-P. Rueff, B. Pilette, T. Marchenko, L. Journel, T. Marin, R. Guillemin, and M. Simon, Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy on the GALAXIES beamline at the SOLEIL synchrotron, J. Elec. Spect. Relat. Phenom. 190, 188 (2013)

RIXS Multianalyseurs

F. Gélebart, M. Morand, Q. Dermigny, P. Giura, J.-P. Rueff, and A. Shukla, Large Solid Angle Spectrometer for Inelastic X-ray Scattering, AIP Conference Proceedings 879 (2007), no. 1, 1837.

HRM

J.M. Ablett, J.-M. Dubuisson, T. Moreno, D. Céolin, E. Raimon,  D. Prieur, D. Corruble,  J. Coquet, A. Lestrade, C. Bourgoin, and J.-P. Rueff, New Design Concept for a High-Resolution In-Vacuum 4-Bounce Hard X-Ray Monochromator at the GALAXIES Beamline at the SOLEIL Synchrotron, Journal of Physics Conferences Series, 425: art.n° 052007 (2013)

Commissioning

Mai 2012: Premiers spectres RIXS

Les premiers spectres RIXS ont été obtenus sur la ligne GALAXIES, complétant l'installation des stations expérimentales de la ligne pour la spectroscopie x-durs, en plus de HAXPES. La figure montre le spectre de fluorescence Fe Kbeta mesuré dans une feuille de fer à 7.8 keV d'énergie incidente (monochromateur Si(111)) à 300 K. Nous avons utilisé un analyseur de Si(531), courbé sphériquement avec un rayon de 1m. La faible intensité provient de l'absorption de l'air, en l'absence d'une chambre à He. L'installation de cette dernière est prévue prochainement, avec un gain en intensité attendu de 2 à 3 ordres de grandeur. 

Mars 2012: Premiers spectres HAXPES

Les premiers spectres HAXPES ont été obtenus à haute énergie cinétique à l'aide de l'analyseur de photoémission SCIENTA EW4000 installé sur la ligne. Les spectres ci-dessous représentent la bande de valence de Au (gauche) et les niveau de cœur 4f de Au (droite), mesurés à 9.84 keV en sortie du monochromateur DCM 2 x Si(444). Dans les deux cas,  l'énergie de passage de 200 eV. Les mesures ont été réalisées à température ambiante. La résolution spectrale estimée est de l'ordre de 250 meV.

Juillet 2011: Premier spectre d'absorption

Le premier spectre d'absorption a été mesuré au seuil L3 du Pt sur une feuille de Pt à l'aide d'une chambre à ionisation placé derrière le premonochromateur (DCM).  Ces premiers résultats préfigurent de la qualité de la ligne en terme de flux et résolution.

Avril 2011: Premier faisceau monochromatique

Le premier faisceau monochromatique sur la ligne GALAXIES a été obtenu en avril 2011. Le film ci-dessous montre le faisceau issu de l'onduleur observé en fausse couleur grâce à l'imageur placé après le monochromateur. Chaque image correspond à un entrefer différent de l'onduleur. Les motifs sont caractéristiques des harmoniques produites par l'onduleur. Les mesures ont été réalisées à 9 keV, en faisant varier l'entrefer de 5.5 à 6 mm.

Installation

Juillet 2010: Premier faisceau sur la ligne GALAXIES

La ligne GALAXIES a vu sa première lumière cette semaine lors des tests de radioprotection de la cabane optique. Le faisceau blanc issu de l'onduleur forme un mince pinceau de lumière en ionisant les molécules d'air et vient illuminer l'imageur en aval. Les tests réalisés pour la première fois à SOLEIL avec un courant de 500 mA dans l'anneau donnent véritablement le top-départ de l'installation de l'instrumentation scientifique sur la ligne. 

Faisceau blanc, cabane optique de GALAXIES

Janvier 2010: Spectromètre RIXS

Nous avons réceptionné en Janvier 2010 un nouvel instrument pour réaliser les expériences de diffusion inélastique des rayons X (RIXS). Le spectromètre a une conception originale basée sur celle d'un diffractomètre 6-axes Newport. Il est équipé d'un bras de 2m pouvant explorer la diffusion dans une large gamme angulaire dans le plan horizontal et vertical, et d'un système multi-analyseurs qui sera monté sur un petit bras annexe.

L'instrument sera monté prochainement sur la ligne; 

goniometre galaxies

goniometre galaxies

Novembre 2009 : Début de construction

 La construction de la ligne GALAXIES a démarré en octobre 2009. La première cabane optique est sortie de terre ; les cabanes expérimentales suivront dans les prochaines semaines. La fin construction est attendue en décembre 2009.

Premières photos des cabanes: