A channel-cut crystal monochromator (CCM) is a popular and powerful device for producing monochromatic x-ray beams with extreme angular stability at a nano-radian level. Narrowing the groove width of CCMs has various benefits; for example, it is made possible to design more compact CCMs with an equivalent working energy range and to reduce the optical delay and the amount of beam shift, enhancing compatibility with various experimental techniques. An obstacle to the use of narrow-groove CCMs is the lack of a high-precision finishing method for the inner-wall reflecting surfaces, which imposes the distortion of x-ray wavefronts and spectral purity. We propose a new, damage-free surface-finishing method for silicon CCMs with a narrow groove of 1 mm or less with a localized etching technique using plasma generated with a wire electrode of 50 µm diameter under atmospheric pressure. Repeating plasma-on and plasma-off periods with a pulsed power supply, we reduce the concentration of reaction products through self-diffusion during the plasma-off periods and minimize the redeposition of the products on the processed surface that deteriorates the surface roughness. Under optimized conditions, we processed a CCM with a groove width of 1.2 mm, which has uniform reflection profiles and a nearly ideal reflectivity behavior for coherent monochromatic x rays.

1.
P.
Emma
,
R.
Akre
,
J.
Arthur
,
R.
Bionta
,
C.
Bostedt
,
J.
Bozek
,
A.
Brachmann
,
P.
Bucksbaum
,
R.
Coffee
,
F.-J.
Decker
,
Y.
Ding
,
D.
Dowell
,
S.
Edstrom
,
A.
Fisher
,
J.
Frisch
,
S.
Gilevich
,
J.
Hastings
,
G.
Hays
,
P.
Hering
,
Z.
Huang
,
R.
Iverson
,
H.
Loos
,
M.
Messerschmidt
,
A.
Miahnahri
,
S.
Moeller
,
H.-D.
Nuhn
,
G.
Pile
,
D.
Ratner
,
J.
Rzepiela
,
D.
Schultz
,
T.
Smith
,
P.
Stefan
,
H.
Tompkins
,
J.
Turner
,
J.
Welch
,
W.
White
,
J.
Wu
,
G.
Yocky
, and
J.
Galayda
,
Nat. Photonics
4
(
9
),
641
647
(
2010
).
2.
T.
Ishikawa
,
H.
Aoyagi
,
T.
Asaka
,
Y.
Asano
,
N.
Azumi
,
T.
Bizen
,
H.
Ego
,
K.
Fukami
,
T.
Fukui
,
Y.
Furukawa
,
S.
Goto
,
H.
Hanaki
,
T.
Hara
,
T.
Hasegawa
,
T.
Hatsui
,
A.
Higashiya
,
T.
Hirono
,
N.
Hosoda
,
M.
Ishii
,
T.
Inagaki
,
Y.
Inubushi
,
T.
Itoga
,
Y.
Joti
,
M.
Kago
,
T.
Kameshima
,
H.
Kimura
,
Y.
Kirihara
,
A.
Kiyomichi
,
T.
Kobayashi
,
C.
Kondo
,
T.
Kudo
,
H.
Maesaka
,
X. M.
Maréchal
,
T.
Masuda
,
S.
Matsubara
,
T.
Matsumoto
,
T.
Matsushita
,
S.
Matsui
,
M.
Nagasono
,
N.
Nariyama
,
H.
Ohashi
,
T.
Ohata
,
T.
Ohshima
,
S.
Ono
,
Y.
Otake
,
C.
Saji
,
T.
Sakurai
,
T.
Sato
,
K.
Sawada
,
T.
Seike
,
K.
Shirasawa
,
T.
Sugimoto
,
S.
Suzuki
,
S.
Takahashi
,
H.
Takebe
,
K.
Takeshita
,
K.
Tamasaku
,
H.
Tanaka
,
R.
Tanaka
,
T.
Tanaka
,
T.
Togashi
,
K.
Togawa
,
A.
Tokuhisa
,
H.
Tomizawa
,
K.
Tono
,
S.
Wu
,
M.
Yabashi
,
M.
Yamaga
,
A.
Yamashita
,
K.
Yanagida
,
C.
Zhang
,
T.
Shintake
,
H.
Kitamura
, and
N.
Kumagai
,
Nat. Photonics
6
(
8
),
540
544
(
2012
).
3.
H.-S.
Kang
,
C.-K.
Min
,
H.
Heo
,
C.
Kim
,
H.
Yang
,
G.
Kim
,
I.
Nam
,
S. Y.
Baek
,
H.-J.
Choi
,
G.
Mun
,
B. R.
Park
,
Y. J.
Suh
,
D. C.
Shin
,
J.
Hu
,
J.
Hong
,
S.
Jung
,
S.-H.
Kim
,
K.
Kim
,
D.
Na
,
S. S.
Park
,
Y. J.
Park
,
J.-H.
Han
,
Y. G.
Jung
,
S. H.
Jeong
,
H. G.
Lee
,
S.
Lee
,
S.
Lee
,
W.-W.
Lee
,
B.
Oh
,
H. S.
Suh
,
Y. W.
Parc
,
S.-J.
Park
,
M. H.
Kim
,
N.-S.
Jung
,
Y.-C.
Kim
,
M.-S.
Lee
,
B.-H.
Lee
,
C.-W.
Sung
,
I.-S.
Mok
,
J.-M.
Yang
,
C.-S.
Lee
,
H.
Shin
,
J. H.
Kim
,
Y.
Kim
,
J. H.
Lee
,
S.-Y.
Park
,
J.
Kim
,
J.
Park
,
I.
Eom
,
S.
Rah
,
S.
Kim
,
K. H.
Nam
,
J.
Park
,
J.
Park
,
S.
Kim
,
S.
Kwon
,
S. H.
Park
,
K. S.
Kim
,
H.
Hyun
,
S. N.
Kim
,
S.
Kim
,
S.
Hwang
,
M. J.
Kim
,
C.
Lim
,
C.-J.
Yu
,
B.-S.
Kim
,
T.-H.
Kang
,
K.-W.
Kim
,
S.-H.
Kim
,
H.-S.
Lee
,
H.-S.
Lee
,
K.-H.
Park
,
T.-Y.
Koo
,
D.-E.
Kim
, and
I. S.
Ko
,
Nat. Photonics
11
(
11
),
708
713
(
2017
).
4.
T.
Tschentscher
,
C.
Bressler
,
J.
Grünert
,
A.
Madsen
,
A.
Mancuso
,
M.
Meyer
,
A.
Scherz
,
H.
Sinn
, and
U.
Zastrau
,
Appl. Sci.
7
(
6
),
592
(
2017
).
5.
C. J.
Milne
,
T.
Schietinger
,
M.
Aiba
,
A.
Alarcon
,
J.
Alex
,
A.
Anghel
,
V.
Arsov
,
C.
Beard
,
P.
Beaud
,
S.
Bettoni
,
M.
Bopp
,
H.
Brands
,
M.
Brönnimann
,
I.
Brunnenkant
,
M.
Calvi
,
A.
Citterio
,
P.
Craievich
,
M.
Csatari Divall
,
M.
Dällenbach
,
M.
D’Amico
,
A.
Dax
,
Y.
Deng
,
A.
Dietrich
,
R.
Dinapoli
,
E.
Divall
,
S.
Dordevic
,
S.
Ebner
,
C.
Erny
,
H.
Fitze
,
U.
Flechsig
,
R.
Follath
,
F.
Frei
,
F.
Gärtner
,
R.
Ganter
,
T.
Garvey
,
Z.
Geng
,
I.
Gorgisyan
,
C.
Gough
,
A.
Hauff
,
C. P.
Hauri
,
N.
Hiller
,
T.
Humar
,
S.
Hunziker
,
G.
Ingold
,
R.
Ischebeck
,
M.
Janousch
,
P.
Juranić
,
M.
Jurcevic
,
M.
Kaiser
,
B.
Kalantari
,
R.
Kalt
,
B.
Keil
,
C.
Kittel
,
G.
Knopp
,
W.
Koprek
,
H. T.
Lemke
,
T.
Lippuner
,
D.
Llorente Sancho
,
F.
Löhl
,
C.
Lopez-Cuenca
,
F.
Märki
,
F.
Marcellini
,
G.
Marinkovic
,
I.
Martiel
,
R.
Menzel
,
A.
Mozzanica
,
K.
Nass
,
G. L.
Orlandi
,
C.
Ozkan Loch
,
E.
Panepucci
,
M.
Paraliev
,
B.
Patterson
,
B.
Pedrini
,
M.
Pedrozzi
,
P.
Pollet
,
C.
Pradervand
,
E.
Prat
,
P.
Radi
,
J. Y.
Raguin
,
S.
Redford
,
J.
Rehanek
,
J.
Réhault
,
S.
Reiche
,
M.
Ringele
,
J.
Rittmann
,
L.
Rivkin
,
A.
Romann
,
M.
Ruat
,
C.
Ruder
,
L.
Sala
,
L.
Schebacher
,
T.
Schilcher
,
V.
Schlott
,
T.
Schmidt
,
B.
Schmitt
,
X.
Shi
,
M.
Stadler
,
L.
Stingelin
,
W.
Sturzenegger
,
J.
Szlachetko
,
D.
Thattil
,
D. M.
Treyer
,
A.
Trisorio
,
W.
Tron
,
S.
Vetter
,
C.
Vicario
,
D.
Voulot
,
M.
Wang
,
T.
Zamofing
,
C.
Zellweger
,
R.
Zennaro
,
E.
Zimoch
,
R.
Abela
,
L.
Patthey
, and
H. H.
Braun
,
Appl. Sci.
7
(
7
),
720
(
2017
).
6.
P.
Raimondi
,
C.
Benabderrahmane
,
P.
Berkvens
,
J. C.
Biasci
,
P.
Borowiec
,
J.-F.
Bouteille
,
T.
Brochard
,
N. B.
Brookes
,
N.
Carmignani
,
L. R.
Carver
,
J.-M.
Chaize
,
J.
Chavanne
,
S.
Checchia
,
Y.
Chushkin
,
F.
Cianciosi
,
M.
Di Michiel
,
R.
Dimper
,
A.
D’Elia
,
D.
Einfeld
,
F.
Ewald
,
L.
Farvacque
,
L.
Goirand
,
L.
Hardy
,
J.
Jacob
,
L.
Jolly
,
M.
Krisch
,
G.
Le Bec
,
I.
Leconte
,
S. M.
Liuzzo
,
C.
Maccarrone
,
T.
Marchial
,
D.
Martin
,
M.
Mezouar
,
C.
Nevo
,
T.
Perron
,
E.
Plouviez
,
H.
Reichert
,
P.
Renaud
,
J.-L.
Revol
,
B.
Roche
,
K.-B.
Scheidt
,
V.
Serriere
,
F.
Sette
,
J.
Susini
,
L.
Torino
,
R.
Versteegen
,
S.
White
, and
F.
Zontone
,
Commun. Phys.
6
,
82
(
2023
).
7.
A.
Diaz
,
C.
Mocuta
,
J.
Stangl
,
M.
Keplinger
,
T.
Weitkamp
,
F.
Pfeiffer
,
C.
David
,
T. H.
Metzger
, and
G.
Bauer
,
J. Synchrotron Radiat.
17
,
299
307
(
2010
).
8.
I.
Sergueev
,
R.
Döhrmann
,
J.
Horbach
, and
J.
Heuer
,
J. Synchrotron Radiat.
23
,
1097
1103
(
2016
).
9.
U.
Bonse
and
M.
Hart
,
Appl. Phys. Lett.
7
,
238
240
(
1965
).
10.
A. V.
Zozulya
,
A.
Shabalin
,
H.
Schulte-Schrepping
,
J.
Heuer
,
M.
Spiwek
,
I.
Sergeev
,
I.
Besedin
,
I. A.
Vartanyants
, and
M.
Sprung
,
J. Phys.: Conf. Ser.
499
,
012003
(
2014
).
11.
Y.
Mori
,
K.
Yamauchi
,
K.
Yamamura
, and
Y.
Sano
,
Rev. Sci. Instrum.
71
,
4627
4632
(
2000
).
12.
T.
Osaka
,
M.
Yabashi
,
Y.
Sano
,
K.
Tono
,
Y.
Inubushi
,
T.
Sato
,
S.
Matsuyama
,
T.
Ishikawa
, and
K.
Yamauchi
,
Key Eng. Mater.
523-524
,
40
45
(
2012
).
13.
T.
Osaka
,
M.
Yabashi
,
Y.
Sano
,
K.
Tono
,
Y.
Inubushi
,
T.
Sato
,
S.
Matsuyama
,
T.
Ishikawa
, and
K.
Yamauchi
,
Opt. Express
21
,
2823
2831
(
2013
).
14.
T.
Hirano
,
T.
Osaka
,
Y.
Sano
,
Y.
Inubushi
,
S.
Matsuyama
,
K.
Tono
,
T.
Ishikawa
,
M.
Yabashi
, and
K.
Yamauchi
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
063118
(
2016
).
15.
T.
Hirano
,
Y.
Morioka
,
S.
Matsumura
,
Y.
Sano
,
T.
Osaka
,
S.
Matsuyama
,
M.
Yabashi
, and
K.
Yamauchi
,
Int. J. Autom. Technol.
13
,
246
253
(
2019
).
16.
S.
Matsumura
,
T.
Osaka
,
I.
Inoue
,
S.
Matsuyama
,
M.
Yabashi
,
K.
Yamauchi
, and
Y.
Sano
,
Opt. Express
28
,
25706
25715
(
2020
).
17.
Y.-P.
Zhao
,
J. T.
Drotar
,
G.-C.
Wang
, and
T.-M.
Lu
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
4882
4885
(
1999
).
18.
O.
Müller
,
D.
Lützenkirchen-Hecht
, and
R.
Frahm
,
Rev. Sci. Instrum.
86
,
093905
(
2015
).
19.
J.
Crank
,
The Mathematics of Diffusion
, 2nd ed. (
Clarendon Press
,
Oxford
,
1975
).
20.
K.
Tamasaku
,
Y.
Tanaka
,
M.
Yabashi
,
H.
Yamazaki
,
N.
Kawamura
,
M.
Suzuki
, and
T.
Ishikawa
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
467-468
,
686
689
(
2001
).
21.
M.
Yabashi
,
H.
Yamazaki
,
K.
Tamasaku
,
S.
Goto
,
K.
Takeshita
,
T.
Mochizuki
,
Y.
Yoneda
,
Y.
Furukawa
, and
T.
Ishikawa
,
Proc. SPIE
3773
,
2
13
(
1999
).
22.
S. K.
Sinha
,
E. B.
Sirota
,
S.
Garoff
, and
H. B.
Stanley
,
Phys. Rev. B
38
,
2297
2311
(
1988
).
23.
A.
Macrander
,
L.
Assoufid
,
S.
Narayanan
, and
R.
Khachatryan
,
J. Synchrotron Radiat.
29
,
447
455
(
2022
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.