同步辐射光源(Synchrotron Radiation)是指在外部强磁场的作用下，带电粒子(正电子或负电子)将会绕着曲线轨道进行加速运动，当带电粒子速度达到一定范围时，则可以从轨道的切线方向上引出电磁波，该电磁波就是同步辐射。因为该电磁波最早是在同步加速器上被研究人员发现的，故被命名为“同步加速器辐射”，简称同步辐射。同步辐射是新一代X射线光源，具有如下优点:①强度非常高，可以达到普通光源强度的106～107倍；②光谱范围宽且连续，同步辐射的连续光谱波长范围可以包括远红外光、可见光、紫外光，软X射线和硬X射线等；③具有较高的偏振性，可获得线偏振和圆偏振光源，方便研究物质的结构取向；④具有优良的脉冲时间结构，在纳秒至微秒范围内连续可调；⑤发散度低，能量集中，准直性好，可对小样品中微量元素进行研究。

目前，同步辐射光源已经发展到第四代。前三代光源较为成熟，第四代光源还处在研究阶段。第一代同步辐射光源，主要借用高能物理实验专用的高能粒子对撞机产生的光源，大多建于1965—1975年。第二代同步辐射光源，是由专供同步辐射运行和应用的加速器产生的光源，大多建于1975—1990年。第三代同步辐射光源，目前正处于建设过程中，具有模块化特点，以插入件的方式组合在一起，便于对光源进行优化。第三代同步辐射光源，可以根据不同的用途将其分为低能光源、中能光源和高能光源三个部分。现如今，第三代同步辐射光源被公认为是服务于科学研究最佳的同步辐射光源。我国共有4个同步辐射光源:1991年开始运行的北京光源(BSRF)属于第一代同步辐射光源；1992年开始运行的合肥光源(NSRL)属于第二代同步辐射光源；1994年开始运行的台湾光源(SRRC)和2007年开始运行的上海光源(SSRF)属于第三代同步辐射光源。

图2-23　正戊醇红外特征峰随压力变化关系[(a)碳链伸缩振动模式；(b)氢键伸缩振动模式]

使用金刚石对顶砧进行高压实验时，通常实验的样品量都非常少，而且样品两侧需要有两颗相对较厚的金刚石施加压力，周围需要包裹金属密封垫片。因此普通的X射线很难照射到样品上并获得强度足够的衍射信号。鉴于同步辐射具有高能量、高准直性等优点，所以同步辐射光源是目前最常用于高压研究的光源。同步辐射在高压X射线衍射技术方面的使用方式主要有两种:角度色散和能量色散。角度色散X射线衍射技术(ADXRD)是指从同步辐射装置中引出单一波长的X射线，然后从样品腔一侧的金刚石射入样品腔，照射到样品上的X射线经样品衍射后从另一侧金刚石射出，射出的衍射光会在二维平面上形成衍射环，使用二维探测器将该衍射环记录下来。利用ADXRD方法对样品进行测试时，获得的测试结果分辨率较高。此外，粉末样品和单晶样品的结构分析都可以采用ADXRD方法。图2-24为角度色散X射线衍射技术的光路示意图。能量色散X射线衍射技术(EDXRD)是指从同步辐射装置中引出连续波长的X射线，不同波长的X射线照射到样品上都会产生衍射现象，在对衍射信号进行接收时，采用固定探测器的方式对衍射信号进行采集，获得的信号经分析器进行能量分析即可获得最终的X射线衍射谱。利用EDXRD方法对样品进行测试时，耗时少、速度快。且由于EDXRD方法是使用固定探测器的方式采集信号，所以没有机械误差。但是EDXRD方法的最大缺点是分辨率低，无法满足特殊的实验要求。图2-25为能量色散X射线衍射技术的原理图。本书中的所有样品的高压X射线衍射数据都是采用ADXRD方法测量得到的。实验主要是在中国科学院高能物理研究所(以下简称“高能所”)同步辐射高压站和美国布鲁克海文国家实验室完成的。

图2-24　角度色散X射线衍射光路示意图(www.daowen.com)

图2-25　能量色散的X射线衍射原理图

高压同步辐射X射线衍射实验是在高能所同步辐射装置的4W2高压站和美国布鲁克海文国家实验室的同步辐射X17C高压站进行的。高能所的4W2高压站，单色光波长为0.6199Å(1Å＝1×10－10m)，美国布鲁克海文国家实验室的X17C高压站，单色波波长为0.4066Å。衍射信号由成像板收集，距离和角度由CeO2进行标定。高压同步辐射实验从成像板得到的数据是二维衍射图片，利用软件Fit2D将得到的二维衍射图片转化成文本数据，然后利用软件Origin将得到的文本数据进一步分析，鉴定物质相态。由于离子液体的结构比较复杂，未能给出研究对象的具体结构以及晶胞参数。

图2-26为Y2MoO6在选定压强至34.5 GPa时的X射线衍射图。以0.1GPa收集的衍射图案可以很好地索引到具有C21/c空间群的单斜Y2MoO6，这可以由图2-26(b)所示的细化结果进一步证实。随着压强的增加，由于晶格的压力收缩，所有衍射峰都倾向于向更高的2θ角移动。尤其是对应于(426)平面的衍射峰比其他峰移动得快。此外，在较高的压强下，一些衍射峰变宽并合并成一个宽峰。然而，所有的衍射峰仍能很好地反映出单斜Y2MoO6相。在16.0 GPa和34.5 GPa下观察和计算的XRD图如图2-26(b)所示。高质量的结构精修结果表明Y2MoO6的单斜结构在室温下压缩到34.5 GPa时是稳定的。

图2-26　(a)压强作用下Y2MoO6的X射线衍射图；(b)在0.1GPa、16.0GPa和34.5GPa时衍射图的GSAS精修结果