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"Ultima Ratio": Simulating wide-range X-ray scattering and diffraction

  • We demonstrate a strategy for simulating wide-range X-ray scattering patterns, which spans the small- and wide scattering angles as well as the scattering angles typically used for Pair Distribution Function (PDF) analysis. Such simulated patterns can be used to test holistic analysis models, and, since the diffraction intensity is on the same scale as the scattering intensity, may offer a novel pathway for determining the degree of crystallinity. The "Ultima Ratio" strategy is demonstrated on a 64-nm Metal Organic Framework (MOF) particle, calculated from Q < 0.01 1/nm up to Q < 150 1/nm, with a resolution of 0.16 Angstrom. The computations exploit a modified 3D Fast Fourier Transform (3D-FFT), whose modifications enable the transformations of matrices at least up to 8000^3 voxels in size. Multiple of these modified 3D-FFTs are combined to improve the low-Q behaviour. The resulting curve is compared to a wide-range scattering pattern measured on a polydisperse MOF powder. WhileWe demonstrate a strategy for simulating wide-range X-ray scattering patterns, which spans the small- and wide scattering angles as well as the scattering angles typically used for Pair Distribution Function (PDF) analysis. Such simulated patterns can be used to test holistic analysis models, and, since the diffraction intensity is on the same scale as the scattering intensity, may offer a novel pathway for determining the degree of crystallinity. The "Ultima Ratio" strategy is demonstrated on a 64-nm Metal Organic Framework (MOF) particle, calculated from Q < 0.01 1/nm up to Q < 150 1/nm, with a resolution of 0.16 Angstrom. The computations exploit a modified 3D Fast Fourier Transform (3D-FFT), whose modifications enable the transformations of matrices at least up to 8000^3 voxels in size. Multiple of these modified 3D-FFTs are combined to improve the low-Q behaviour. The resulting curve is compared to a wide-range scattering pattern measured on a polydisperse MOF powder. While computationally intensive, the approach is expected to be useful for simulating scattering from a wide range of realistic, complex structures, from (poly-)crystalline particles to hierarchical, multicomponent structures such as viruses and catalysts.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Brian Richard PauwORCiD, Sofya Laskina, Aakash Ashok NaikORCiD, Glen Jacob SmalesORCiD, Janine GeorgeORCiD, Ingo BreßlerORCiD, Philipp Benner
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Graue Literatur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ArXiv
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien
VP Vizepräsident
VP Vizepräsident / VP.1 eScience
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Ithaca, NY
Jahrgang/Band:Cornell University
Aufsatznummer:2303.13435
Erste Seite:1
Letzte Seite:12
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:3D Fourier Transform; Electron density map; FFT; High resolution; Metal organic framework; PDF; SAXS; Simulation; Total scattering; X-ray; X-ray scattering; XRD
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
DOI:10.48550/arXiv.2303.13435
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-572067
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:27.03.2023
Referierte Publikation:Nein
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Arbeitspapiere der BAM
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