XANES [xkmax xkstep estep]

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星窦
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1 Artemis 软件应用中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置郑黎荣

2 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

3 Artemis 简介 : Artemis: 阿尔忒弥斯, 狩猎女神, 阿波罗的妹妹 ; 由 Bruce.Ravel 开发, 利用设定的晶体 ( 团簇 ) 模型通过 Feff 软件的计算, 得到理论的散射振幅相移函数平均自由程 ; 加上一定的未知结构参数, 代入 EXAFS 理论表达式, 对 EXAFS 振荡函数 χ(k) 进行 Levenberg- Marquardt 非线性最小二乘法拟合, 得到所求拟合参数的值本身不进行数据处理, 通常应用于拟合经过 athena 处理后的 EXAFS 实验振荡函数 χ(k), 得到这些数据的配位数, 配位键长, 无序度因子等结构参数 ;

4 Artemis 简介 : 主界面选项栏 Fit 键操作细节显示与控制, 数据与路径框图中不同部分的详细参数 ; 信息反馈显示 artemis 反馈的信息提示 ; 绘图绘图界面的参数数据与路径显示拟合参数数据拟合结果与路径目录 ; 单击任一后在操作细节显示 ; 三个主要部分 : 数据与路径操作细节与绘图 ;

5 Artemis 简介 : 信息显示界面调色板 ( 信息显示界面 ) Iffeffit: 显示 artemis 的操作 ; Results: 显示拟合后的结果 ; Files : 查看数据文件 ; ( 点击 Browse, 引入数据查看 ) Messages: 显示 Feff 的输出和报错 ; Echo: 显示完整的信息反馈 ; Journal: 拟合日志 ; Properties: 文件信息 ;

6 Artemis 简介 : 绘图界面绘图界面

7 数据处理前期数据处理导入 EXAFS 振荡函数 Χ(k) 理论散射路径参数 ( 振幅键长配位数等 ) 构建模型输入晶体结构参数 (a b c ɑβγ) 运行 ATOMS 设置拟合参数及其初始值反复调整参数输出拟合结果接受 feff.inp 运行 Feff 重新构建模型, 重复上述过程 ; 修改 Athena 参数, 重复上述过程

8 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

9 单壳层拟合 ( 以 Cu 10k 为例 ) 数据文件抬头傅里叶变换参数拟合参数现有傅里叶变换参数下的自由节点数拟合权重数据导入 :File/open file

10 单壳层拟合 ( 以 Cu 10k 为例 ) pr 文件中的数据拟合权重数据导入 :File/open file

11 单壳层拟合 ( 以 Cu 10k 为例 ) 晶体结构参数标记为吸收原子原子占位信息构建模型 :Theory/New atom page /blank page; 输入所需参数 ( 空间群晶体学参数原子占位 ); shift victor ( 部分空间群需要, 点击 Run Atoms 后, 注意信息显示窗口, 按提示输入 );

12 单壳层拟合 ( 以 Cu 10k 为例 ) Feff 文件信息点击 Run Atoms; 检查路径是否正确 ( 原子间距合适 ); 右键保存 feff.inp

13 单壳层拟合 ( 以 Cu 10k 为例 ) Degen: 简并度 ( 独立散射路径数 / 配位原子数 ); reff : 有效散射路径长度 ; amp : 散射振幅强度 ( 相对于最近邻路径 ) ; fs : 前散射事件 ( 多重散射中影响较大的部分 ); scattering path : 散射中参与的原子,+ 表示吸收原子 ; 选择需要的路径 ( 通常为前 10 条 );

14 路径参数路径信息描述拟合参数设定设定某一路径所需拟合的参数 ; artemis 有内部参量, 通常命名时建议后缀 _n, 以减少程序警告的可能 ;

15 )] ( [2 ) ( ) ( 2 2 ) ( / = + K K R K KR Sin KR e e K F S N K δ χ σ λ EXAFS 的理论表达式 : 晶体等有序体系或弱无序体系 ( 高斯分布 ) dr K KR Sin R e KR K F S N K K R )] ( [2 ) g( ) ( ) ( ) ( / = + δ χ λ g(r): 原子对分布函数 ] ) ( [2 ) ( / exp 2 ) ( 2 0 ) ( K C K KR Sin K R e K C K KR K F S N K + + = δ λ σ χ ** 中等无序体系 : 累积量展开

16 参数 : 影响峰强影响峰位 N: 配位数 S02: 振幅衰减因子 (0.7,1) Sigma^2: 无序度因子 (Debye-Waller factor) (0.003,0.02) C 4 :4 阶累积量 R: 原子间距 ; (delr <0.5A) C 3 :3 阶累积量 E i : 能移展宽 E 0 : 能量零点偏移 (+-10eV 以内 ) 拟合精度 N: +-20% R: 0.01A 原子种类 :+-4

17 路径参数初始值设定 New: 新建拟合参数 Grab : 抓取拟合结果 Discard: 去除拟合参数 Hide: 隐藏编辑框设定拟合变量初始值采用固定限制和定义等方式, 调整拟合变量的值 ;( 确认设定的参数名称正确, 一一对应 )

18 Guess: 设定初始值, 不做限制 ; g enot=0 Def: 设定参数间的数学关系式 ; d delr_1= alfa*reff g alfa=0.01 Set: 设定成固定值, 不做改变 ; s S02=0.85 Skip: 忽略该参数 ;( 相当于程序语言中的注释符 ) Restrain: 设定参数限定在固定值附近 ; r delr_res=(delr_1-reff-0.1)*factor s factor=100; g enot=0 r enot_res=scale*penality(enot,-5,5) s scale=2000; After: 设定参数间的数学关系式 ; ( 拟合结束后, 用参数的最优值代入 )

19 单壳层拟合选定第一壳层进行拟合后

20 Result 解读本次拟合的统计信息拟合参数最优值与不确定度拟合参数相关性各壳层的拟合结果

21 统计信息的定义 Chi-square Reduced Chi-square 不确定度 R-factor Reduced Chi-square : 单一无法判定拟合结果的好坏 ; 在拟合过程中如果变小, 说明拟合结果更优 ; R-factor :<0.02 good; 模型稍有差异或数据质量欠佳 ; 模型偏差大或数据质量很差 ;>0.1 模型错 ;

22 拟合结果输出 File/save fit as

23 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

24 多壳层拟合增加路径

25 多壳层拟合确认增加的路径在范围内

26 多壳层拟合为新添路径设置参数

27 多壳层拟合 N idp 2 k R/π 最大对立拟合参数个数例 :k-range ;R-range N idp 33.5 每一条路径需要至少 4 个独立拟合参数 ; 因此最多可以选取 8 条路径 ; 如果 N var >N idp 独立拟合参数多于可用独立节点数, 此时拟合的结果是一个多解的结果独立节点概念!!!

28 多壳层拟合拟合策略 : 所有路径 S02 可设成统一相同原子所有路径 sigma^2 可设成统一相同原子 E0 可设成统一配位数可以通过模型限定或合理限定 R 可以用热膨胀或与结构关联起来对于金属体系,sigma^2 可以用 Debye 模型或关联 Einstein 模型进行关联

29 多壳层拟合参数设置 : 统一 S02 E0 sigma^2, R=alpha*reff

30 多壳层拟合将最近邻的 sigma^2 设成独立项, 其他不变

31 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

32 多权重拟合将拟合权重同时选中

33 多权重拟合选取 fit k-weight 为 1 时的拟合结果

34 多权重拟合 chi-square 与 reduced chi-square 就计算为所有 k 权重的和 ; 从拟合结果看, 有一定的改善 ; 依据 : 不同原子对于 k 的响应不同 ; sigma^2 R E0 对 k 的响应为非线性 ;

35 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

36 多 Feff 拟合例 YBa 2 Cu 3 O 7 :Cu 有两种占位

37 多 Feff 拟合增加 Feff 计算

38 多 Feff 拟合重新选择吸收原子位置

39 多 Feff 拟合修正拟合参数 ( 占位 1 配位数 *1/3, 占位 2 配位数 *2/3)

40 主要内容软件简介数据处理 a 单壳层拟合 b 多壳层拟合 c 多权重拟合 d 多 Feff 拟合 e 多数据拟合

41 多数据拟合导入多个数据

42 多数据拟合每个数据都进行一次 feff 计算

43 多数据拟合修改拟合参数 :delr=(alfa*10+beta)*reff ( 键长设为部分与温度相关 ) sigma^2=debye(temp,thetad)+signor(debye 模型关联 )

44 多数据拟合

45 总结 : 前期数据处理导入 EXAFS 振荡函数 Χ(k) 理论散射路径参数 ( 振幅键长配位数等 ) 构建模型输入晶体结构参数 (a b c ɑβγ) 运行 ATOMS 设置拟合参数及其初始值反复调整参数输出拟合结果接受拟合结果 feff.inp 运行 Feff 重新构建模型, 重复上述过程 ; 修改 Athena 参数, 重复上述过程

46 良好的数据准确的模型

47 谢谢! 欢迎指正!

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