Панель различных типов рентгеновской абсорбционной спектроскопии, требующая установки синхротронного излучения
Рисунок 1: Переходы, которые влияют на края XAS
Рисунок 2 : Три области данных XAS для K-краевой
рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS) - широко используемый метод для определения определение локальной геометрической и / или электронной структуры материи. Эксперимент обычно проводится на установках синхротронного излучения, которые обеспечивают интенсивные и настраиваемые пучки рентгеновского излучения. Образцы могут быть в газовой фазе, растворах или твердых телах.
Содержание
- 1 Предпосылки
- 2 Приложения
- 3 См. Также
- 4 Ссылки
- 5 Внешние ссылки
Предпосылки
Данные XAS получают путем настройки энергии фотона с использованием кристаллического монохроматора в диапазоне, в котором остовные электроны могут быть возбуждены (0,1-100 кэВ). Края частично названы тем, по которым возбуждается остовный электрон: главные квантовые числа n = 1, 2 и 3 соответствуют K-, L- и M-краям соответственно. Например, возбуждение 1s-электрона происходит на K-крае, а возбуждение 2s- или 2p-электрона происходит на L-крае (рисунок 1).
В спектре, генерируемом данными XAS, обнаруживаются три основных участка, которые затем рассматриваются как отдельные спектроскопические методы (рис. 2):
- Порог поглощения, определяемый переходом в самые низкие незанятые состояния:
- состояния на уровне Ферми в металлах, дающие «передний фронт» с формой арктангенса ;
- связанные экситоны ядра в изоляторах с формой линии лоренцевой (они возникают в предкраевой области при энергиях ниже, чем переходы на нижний незанятый уровень);
- ближняя граничная структура поглощения рентгеновского излучения (XANES ), представленный в 1980 г., а затем в 1983 г., также называемый NEXAFS (тонкая структура поглощения рентгеновских лучей на ближнем краю), в котором преобладают переходы ядра в квазисвязанные состояния (резонансы многократного рассеяния) для фотоэлектронов с кинетической энергией в диапазон от 10 до 150 эВ выше химического потенциала, называемый «резонансами формы» в молекулярных спектрах, поскольку они обусловлены конечными состояниями с коротким сроком службы-t время вырождается континуумом с формой линии Фано. В этом диапазоне актуальны многоэлектронные возбуждения и многочастичные конечные состояния в сильно коррелированных системах;
- В диапазоне высоких кинетических энергий фотоэлектрона сечение рассеяния на соседних атомах невелико, а поглощение В спектрах преобладает EXAFS (расширенная тонкая структура поглощения рентгеновских лучей), где рассеяние выброшенного фотоэлектрона соседних атомов может быть аппроксимировано событиями однократного рассеяния. В 1985 году было показано, что теория множественного рассеяния может использоваться для интерпретации как XANES, так и EXAFS ; поэтому экспериментальный анализ, сфокусированный на обеих областях, теперь называется XAFS.
XAS - это тип абсорбционной спектроскопии из исходного состояния ядра с четко определенной симметрией; следовательно, квантово-механические правила выбора выбирают симметрию конечных состояний в континууме, которые обычно представляют собой смесь нескольких компонентов. Наиболее интенсивные особенности связаны с разрешенными электрическими дипольными переходами (т.е. Δ = ± 1) в незанятые конечные состояния. Например, наиболее интенсивные особенности K-края обусловлены переходами ядра из 1s → p-подобных конечных состояний, в то время как наиболее интенсивные особенности L 3 -ребра обусловлены переходами 2p → d- как конечные состояния.
Методологию XAS можно в общих чертах разделить на четыре экспериментальные категории, которые могут давать дополняющие друг друга результаты: металл K-кромка, металл L-кромка, лиганд K-edge и EXAFS.
Наиболее очевидным средством картирования гетерогенных образцов за пределами контраста поглощения рентгеновских лучей является элементный анализ с помощью рентгеновской флуоресценции, аналогичный методам EDX в электронной микроскопии.
Приложения
XAS - это метод, используемый в различных научных областях, включая молекулярную и физику конденсированного состояния, материаловедение и инженерию, химию, науки о Земле и биология. В частности, его уникальная чувствительность к локальной структуре по сравнению с дифракцией рентгеновских лучей была использована для изучения:
- аморфных твердых тел и жидких систем
- Твердые растворы
- Легирование и ионная имплантация материалы для электроники
- Локальные искажения кристаллических решеток
- Металлоорганические соединения
- Металлопротеины
- Металлические кластеры
- Катализ
- Колебательная динамика
- Ионы в растворах
- Спецификация элементов
- Жидкая вода и водные растворы
- Используется для обнаружения перелома костей
- Используется для определения концентрации любой жидкости в любом резервуаре.
См. Также
Ссылки
Внешние ссылки
- Zhang M (15 августа 2020 г.). «КСАНЕС - Теория». Проект LibreTexts.
- Newville M (25 июля 2008 г.). «Основы XAFS» (PDF). Чикаго, Иллинойс: Чикагский университет.