XAFS 基础 陈栋梁北京同步辐射装置中国科学院高能物理研究所北京,011.1.7-8 1 7 8 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
主要内容要 X 射线吸收 X 射线吸收谱 (XAFS/XAS X 射线吸收谱与多重散射射 扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 若干问题 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
主要内容要 X 射线吸收 X 射线吸收谱 (XAFS/XAS X 射线吸收谱与多重散射射 扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 若干问题 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收 光与物质的相互作用 电子 透射 入射 X 光 荧光 散射 可见光波长 390-760 纳米 X 光波长 1-0.1 纳米 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 X 射线吸收系数 μ ~ ( ρz ρ : 密度 Z : 子序数 A : 原子质量 E : 能量 4 ( AE 3 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 物质 X 射线吸收机制 透射 : 物质通过光电效应吸收 X 射线 I = I e 0 μx I 0 I x 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 物质 X 射线吸收机制 荧光产额 : 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 物质 X 射线吸收机制 电子产额 : 原子退激的另一条通道, 产生俄歇电子 俄歇效应 (Auge eect 俄歇效应 :195 年法国物理学家俄歇 (P.Auge 发现, 当元素原子壳层中由 X 射线入射或其他方式产生空穴时, 产生 X 射线荧光是释放能量的一种方式, 但另一种方式也可能是发射一个电子 如原子在 K 层中有个空穴, 当 L 层的一个电子跃迁到 K 层时, 多余的能量可以释放出 X 射线, 也可以不释放 X 射线而把能量传给另一层 ( 如 M 层 中的一个电子, 这个电子就可以脱离原子并被称为俄歇电子 这些电子的动能与入射的 X 射线频率无关, 只随被照射的原子而异, 这种效应称为俄歇效应 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 X 射线吸收谱 使用 X 射线常规光源 ( 转靶 耗时 10 天 1974 年在 SPEAR 上进行的铜箔 XAFS 实验 使用同步辐射弯铁光源仅用 0 分钟 P. Esenbege B. Kncad I 荧光 μx = I I 0 同步光源 I 0 I 透射 μx = Ln( I 0 I 单色器 样品 全电子 μx = I e I 0 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 X 射线吸收精细结构 出射光电子波与散射波相互作用 - 对吸收系数调制 俄歇效应 (Auge eect 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
主要内容 X 射线吸收 X 射线吸收谱 (XAFS/XAS X 射线吸收谱与多重散射射 扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 若干问题 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱 XAES & EXAFS 特点 : XAES X-ay Absopton ea-edge Spectoscopy EXAFS Extended X-ay Absopton Fne Stuctue XAES:-0,+50eV EXAFS 原子局域配位 电子结构 元素选择性 任意物质形态 任意元素 化学价态 低浓度 样品量少 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱与多重散射 X 射线吸收谱与多重散射 X 射线吸收 Fem 黄金规则 π ω δ > Ψ < Ψ π Γ = I E E H ( φ Ψ Ψ 1 1 1 Ψ Ψ φ φ = Ψ Ψ I p A mc e H 1 1 Ψ Ψ 为所有那些未直接被 X 射线激发的电子 ( 所谓 被动 电子 的初态和终态的重叠积分 0 1 1 S Ψ Ψ 定义 对能量弱依赖, 表示吸收原子内多电子效应,0.?< S 0 <1 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱与多重散射 X 射线吸收谱与多重散射 偶极近似 ω δ > φ ε < φ π = ω σ q E E p e e ( 4 ( 偶极近似 q ω δ > φ ε < φ ω ω σ E E p e cm ( ( 偶极近似 1 1 + + = q e q ( ~ ( ω δ φ ε φ ω σ h E E > < 光偏振矢量电子位置 : 末态 : 初态 : ; : ; ; ε φ φ > < 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
X 射线吸收谱与多重散射 多重散射图像 σ ( ω ~ < φ ε φ > δ ( E E hω 计算需要 Geen 函数, 传播子 多重散射路径展开 势函数 :Mun tn 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
主要内容 X 射线吸收 X 射线吸收谱 (XAFS/XAS X 射线吸收谱与多重散射射 扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 若干问题 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 一般表达式 对于任意散射路径 Λ, χ EXAFS 一般的表达式可写为 Λ ( k = Im e ( k kr e ( kr + δ 其中 R 为总路径长度的一半 l ( k S 0 F ( k g ( / λ ( k χ( k = e sn( k + ϕ( k d k 0 式中 表示第 个配位壳层, F (k λ 为配位数, 为散射幅度, (k 为平均自由程 ϕ( k = ϕc ( k + ϕd ( k lπ 为相移函数, ( 其中 ϕ c (k =δ(k 为中心原子的相移, ϕd (k 为散射原子的相移, lπ 引入是为了使振幅为正值, g( 为散射原子的径向密度分布函数 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 谱 对于无序度较小的体系, 一般采用对称的高斯分布函数 : 1 ( 0 g( = (πσ exp[ σ 0 为平均键长, σ 为无序度因子, ] 将上式代入前式积分便得到标准的 EAXFS 方程 : χ ( k = S 0 ( e k k σ R / λ ( k e e sn[ kr ( k ( k ] + δ + ϕ kr 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
主要内容 X 射线吸收 X 射线吸收谱 (XAFS/XAS X 射线吸收谱与多重散射射 扩展 X 射线吸收谱 (EXAFS EXAFS 若干问题 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
EXAFS 若干问题 1. 拟合用公式适用范围 有序体系 : 晶体 弱无序体系 : 纳米 掺杂 局域有序体系 :?, 有统计分布 大无序体系 :?GXAS, RMC, etc χ( k = S 0 e kr ( k e k σ e R / λ ( k sn[kr + δ( k + ϕ( k] 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
EXAFS 若干问题. 多体效应 S 0, 元素相关, 与配位环境弱相关 理论上,0.?<S 0 <1 平均自由程 λ 出射光电子与散射原子的多体相互作用 由 FEFF 路径文件提供 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
EXAFS 若干问题 3. 累积量展开法 提供了一种模型无关的近似方法来表征原子分布的形状 弱无序体系 : 中等无序体系 对每条散射路径,EXAFS 函数 χ(k 的热平均为 : S ( k e R 0 χ( k = k R / λ Im { (kr+δ( k e } 令 R 0 为平均键长 令 =R-R 0, 则热平均可以展开成 χ S ( k 0 R0 / λ δ ( k = e kr 0 [ ] ( k kr Ime e 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
EXAFS 若干问题 3. 累积量展开法 e kr 其中 = exp kr + 0 n C = n ( n =1 (k n! n C n 是第 n 阶累积量 前 4 阶累积量由下式给出 : C C C 1 =< >, 3 =< ( < =< ( < > > 3 >=< >=< 3 > < > 3 < > = σ ><, > + < > 3, C 4 =< ( < =< 4 > 3 > < 4 3C > 4 < 3 >< > + 1 < 3 >< > 6 < > 4 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
EXAFS 若干问题 3. 累积量展开法 对于高斯分布, 除了二阶累积量 C 不为 0 以外, 其它各阶累积量都等于 0 利用前 4 项累积量展开,XAFS 方程可以写成 : χ( k S0 ( k F ( k 4 R / 4 = λ exp[ k σ + C4k ] e sn( kr ( k C +ϕ 3k kr 3 3 3 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
参考文献 Malng Lsts http://leonado.phys.washngton.edu/e/html/malng_lst.html 论坛 Related Papes http://leonado.phys.washngton.edu/e/html/eeences.html 发展历程, 博士论文 北京同步辐射装置 EXAFS 谱分析讲习班,011 年 1 月 7-8 日, 北京
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