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Small-angle X-ray scattering: characterization of cubic Au nanoparticles using Debye’s scattering formula

  • A versatile software package in the form of a Python extension, named CDEF (computing Debye’s scattering formula for extraordinary form factors), is proposed to calculate approximate scattering profiles of arbitrarily shaped nanoparticles for small-angle X-ray scattering (SAXS). CDEF generates a quasi-randomly distributed point cloud in the desired particle shape and then applies the open-source software DEBYER for efficient evaluation of Debye’s scattering formula to calculate the SAXS pattern (https://github.com/j-from-b/CDEF). If self-correlation of the scattering signal is not omitted, the quasi-random distribution provides faster convergence compared with a true-random distribution of the scatterers, especially at higher momentum transfer. The usage of the software is demonstrated for the evaluation of scattering data of Au nanocubes with rounded edges, which were measured at the four-crystal monochromator beamline of PTB at the synchrotron radiation facility BESSY II in Berlin.A versatile software package in the form of a Python extension, named CDEF (computing Debye’s scattering formula for extraordinary form factors), is proposed to calculate approximate scattering profiles of arbitrarily shaped nanoparticles for small-angle X-ray scattering (SAXS). CDEF generates a quasi-randomly distributed point cloud in the desired particle shape and then applies the open-source software DEBYER for efficient evaluation of Debye’s scattering formula to calculate the SAXS pattern (https://github.com/j-from-b/CDEF). If self-correlation of the scattering signal is not omitted, the quasi-random distribution provides faster convergence compared with a true-random distribution of the scatterers, especially at higher momentum transfer. The usage of the software is demonstrated for the evaluation of scattering data of Au nanocubes with rounded edges, which were measured at the four-crystal monochromator beamline of PTB at the synchrotron radiation facility BESSY II in Berlin. The implementation is fast enough to run on a single desktop computer and perform model fits within minutes. The accuracy of the method was analyzed by comparison with analytically known form factors and verified with another implementation, the SPONGE, based on a similar principle with fewer approximations. Additionally, the SPONGE coupled to McSAS3 allows one to retrieve information on the uncertainty of the size distribution using a Monte Carlo uncertainty estimation algorithm.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:J. Deumer, Brian Richard PauwORCiD, S. Marguet, D. Skroblin, O. Taché, M. Krumrey, C. Gollwitzer
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Applied Crystallography
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:International Union of Crystallography
Verlagsort:Chester, England
Jahrgang/Band:55
Ausgabe/Heft:Pt 4
Erste Seite:993
Letzte Seite:1001
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Data fitting; Debye scattering equation; Nanomaterials; Nanoparticles; Non-spherical nanoparticles; SAXS; Simulation; X-ray scattering
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
DOI:10.1107/S160057672200499X
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-557652
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:21.09.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:21.09.2022
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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