Röntgenabsorption fin struktur
Röntgenabsorptionsfinstruktur (XAFS) är en specifik struktur som observeras i röntgenabsorptionsspektroskopi ( XAS). Genom att analysera XAFS kan information erhållas om den lokala strukturen och om de lediga lokala elektroniska staterna.
Atomspektra
Atomröntgenabsorptionsspektrumet (XAS) för en kärnnivå i en absorberande atom separeras i tillstånd i den diskreta delen av spektrumet som kallas " gränser sluttillstånd " eller " Rydbergtillstånd " under joniseringspotentialen (IP) och " anger i kontinuumet " del av spektrumet över joniseringspotentialen på grund av excitationer av fotoelektronen i vakuumet. Ovanför IP dämpas absorptionstvärsnittet gradvis med röntgenenergin. Efter tidiga experimentella och teoretiska arbeten på trettiotalet, på sextiotalet med synkrotronstrålning vid National Bureau of Standards fastställdes det att de breda asymmetriska absorptionstopparna beror på Fano- resonanser över den atomära joniseringspotentialen där sluttillstånden är många kroppskvasi- bundna tillstånd (dvs en dubbelt exciterad atom) degenererar med kontinuumet.
Spektra av molekyler och kondenserad materia
XAS-spektra av kondenserad materia delas vanligtvis in i tre energiregioner:
Kantregion
Kantområdet sträcker sig vanligtvis i ett intervall av få eV runt absorptionskanten. De spektrala egenskaperna i kantområdet i) i bra metaller är excitationer till slutliga delokaliserade tillstånd över Fermi-nivån; ii) i isolatorer finns kärnexcitoner under joniseringspotentialen; iii) i molekyler finns elektroniska övergångar till de första lediga molekylnivåerna över den kemiska potentialen i de initiala tillstånden, vilka skiftas in i den diskreta delen av kärnabsorptionsspektrumet genom Coulomb-interaktionen med kärnhålet. Multielektronexcitationer och konfigurationsinteraktion mellan många kroppssluttillstånd dominerar kantområdet i starkt korrelerade metaller och isolatorer. I många år kallades kantregionen för "Kossel-strukturen" men nu är den känd som "absorptionskantregion" eftersom Kossel-strukturen endast hänvisar till obesatta molekylära sluttillstånd, vilket är en korrekt beskrivning endast för ett fåtal speciella fall: molekyler och starkt störda system.
Röntgenabsorption nära kantstruktur
XANES-energiområdet sträcker sig mellan kantområdet och EXAFS-området över ett energiområde på 50-100 eV runt kärnnivåns röntgenabsorptionströskel. Före 1980 var XANES-regionen felaktigt tilldelad till olika sluttillstånd: a) obesatt total densitet av tillstånd, eller b) obesatta molekylära orbitaler (kosselstruktur) eller c) obesatta atomorbitaler eller d) lågenergi-EXAFS-svängningar. På sjuttiotalet, med användning av synkrotronstrålning i Frascati och Stanford synkrotronkällor, visades det experimentellt att egenskaperna i denna energiregion beror på multipla spridningsresonanser hos fotoelektronen i ett nanokluster av varierande storlek. Antonio Bianconi uppfann 1980 akronymen XANES för att indikera det spektrala området som domineras av multipel spridningsresonanser hos fotoelektronen i det mjuka röntgenområdet och i det hårda röntgenområdet. I XANES-energiområdet är fotoelektronens kinetiska energi i sluttillståndet mellan få eV och 50-100 eV. I denna regim har fotoelektronen en stark spridningsamplitud av angränsande atomer i molekyler och kondenserad materia, dess våglängd är större än interatomära avstånd, dess medelfria bana kan vara mindre än en nanometer och slutligen är livslängden för det exciterade tillståndet i storleksordningen femtosekunder. XANES spektrala egenskaper beskrivs av fullständig multipelspridningsteori som föreslogs i början av sjuttiotalet. Därför är nyckelsteget för XANES-tolkning bestämningen av storleken på atomklustret av grannatomer, där sluttillstånden är begränsade, vilket kan variera från 0,2 nm till 2 nm i olika system. Denna energiregion har senare (1982) kallats också nära-kant röntgenabsorptionsfinstruktur ( NEXAFS ), vilket är synonymt med XANES. Under mer än 20 år har XANES-tolkningen varit föremål för diskussion, men nyligen råder enighet om att sluttillstånden är "multiple spridningsresonanser" och många kroppssluttillstånd spelar en viktig roll.
Mellanregion
Det finns en mellanregion mellan XANES- och EXAFS-regionerna där låga n-kroppsfördelningsfunktioner spelar en nyckelroll.
Förlängd röntgenabsorption fin struktur
Den oscillerande strukturen som sträcker sig över hundratals elektronvolt förbi kanterna kallades "Kronig-strukturen" efter vetenskapsmannen, Ralph Kronig , som tilldelade denna struktur i högenergiområdet (dvs för ett kinetiskt energiområde - större än 100 eV - av foelektronen i den svaga spridningsregimen) till enkel spridning av den exciterade fotoelektronen av angränsande atomer i molekyler och kondenserad materia. Denna regim kallades EXAFS 1971 av Sayers, Stern och Lytle. och det utvecklades först efter användning av intensiva synkrotronstrålningskällor.
Tillämpningar av röntgenabsorptionsspektroskopi
Röntgenabsorptionskantspektroskopi motsvarar övergången från en kärnnivå till en obesatt orbital eller band och reflekterar huvudsakligen de elektroniska lediga tillstånden. EXAFS, som är ett resultat av interferensen i den enda spridningsprocessen för fotoelektronen spridd av omgivande atomer, ger information om den lokala strukturen. Information om geometrin hos den lokala strukturen tillhandahålls av analysen av de multipla spridningstopparna i XANES-spektra. XAFS-akronymen har senare introducerats för att indikera summan av XANES- och EXAFS-spektra.
Se även
externa länkar
- M. Newville, Fundamentals of XAFS
- S. Bare, XANES mätningar och tolkning
- B. Ravel, En praktisk introduktion till multipel spridning