Experimental Solid State Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Bortel, Gábor Faigel, Gyula Jurek, Zoltán Oszlányi, Gábor
Starting date
2010-04-01
Closing date
2014-03-31
Funding (in million HUF)
4.480
FTE (full time equivalent)
6.57
state
closed project
Summary in Hungarian
Nagyon rövid (10-100fs) és nagy intenzitású röntgen impulzus használatával diffrakció egyetlen részecskén is adhat hasznos információt a részecske szerkezetéről, mielőtt a részecske megsemmisül. A most épülő röntgen szabadelektron lézerek (XFEL) lehetővé fogják tenni az ilyen méréseket. A kísérletben egyedülálló részecskéket juttatnak a röntgen nyalábba. A szórási képeket 2D detektorok rögzítik egyenként. Az ismeretlen orientációjú részecskék nagyon zajos szórási képeinek a kiértékelése komoly kihívást jelent. A kiértékelés három lépésből áll: osztályozás, az orientáció meghatározása és a szerkezet megoldása. Jelen pályázat az orientáció problémájára összpontosít. Több módszert szeretnénk kipróbálni és összehasonlítani, hogy megállapítsuk, melyik a legalkalmasabb a probléma megoldására. A kiválasztott módszer alapján kifejlesztünk egy számítógépprogramot, ami már valódi adatokon is képes dolgozni. Méréseket tervezünk XFEL-eknél és modellezni kívánjuk, hogyan robban fel a részecske a nyalábban és hogy ez milyen hatással van a szórásképre. A részecskék orientációjának sikeres meghatározása egy 3D intenzitás-térképet eredményez, amiből lehetővé válik a szerkezet megoldása. A pályázat eredményei jelentősen hozzájárulhatnak az atomcsoportokon, nanokristályokon, fehérjéken és más biomolekulákon, vírusokon, sejteken és más kisméretű élő szervezeteken végzett egyrészecske diffrakciós kísérletek sikeréhez. Ez pedig új lehetőségeket nyithat a szerkezet-meghatározások terén, sok alkalmazással a tudományban és az iparban.
Summary
Using a very short (10-100fs) and intense x-ray pulse, scattering on a single particle can give useful information on its structure before the sample would eventually be destroyed. X-ray Free Electron Lasers (XFELs) under construction will make such experiments feasible. Single particles will be injected into the x-ray beam and scattering patterns of single particles are collected by 2D detectors and stored individually. Evaluation of the very noisy patterns corresponding to particles of unknown orientation and solving the structure is a serious challenge. Data evaluation consists of three steps: classification, determination of the orientation of the diffraction patterns and structure solution. The present project will focus on the problem of orientation. We want to test and compare several methods and decide which is the most effective for solving the problem. Then we develop a computer program which can work on realistic data sets. We plan to do experiments at XFELs and detailed computer simulations on how the particle explodes in the beam and how this affects the measured patterns. Successful determination of the particle orientations would result in a 3D intensity map and solution of the structure would be possible. The results of the project could contribute significantly to the success of single molecule diffraction imaging experiments on small clusters, nanocrystals, proteins and other biomolecules, viruses, cells and other small living organisms. This would open new possibilities in the field of structure determination with many applications in science and industry.
