X선 흡수 미세 구조

X-ray absorption fine structure
XAS 데이터의 세 영역

X선 흡수 정밀 구조(XAFS)는 X선 흡수 분광법(XAS)에서 관찰되는 특정 구조물이다. XAFS를 분석함으로써 지역 구조와 비어 있는 지역 전자 상태에서 정보를 획득할 수 있다.


원자 스펙트럼

흡수 원자 내 코어 레벨의 원자 X선 흡수 스펙트럼(XAS)은 광전자의 배설으로 인해 이온화 전위(IP) 아래의 "bounds final states" 또는 "Rydberg states"라고 불리는 스펙트럼의 이산 부분에서 상태로 분리된다. 진공 상태에서 IP 위에서는 흡수 단면이 X선 에너지로 점차 감쇠한다. 그 thirties,[1]에서 60년대의 초기와 이론적인 실험적 작품들은 미국 국립 표준국이에서 싱크로트론 방사선을 사용하여에 따라 그 넓은 비대칭 흡수의 봉우리 파노:이탈리아 중부 반향하는 것은 마지막 주 많은 몸quasi-bound 주들이 원자 이온화 포텐셜(즉, 질긴 e. 위 예정이다 설립되었다x인용된 원자)는 연속체와 함께 퇴화한다.[2]

분자와 응축 물질의 스펙트럼

응축 물질의 XAS 스펙트럼은 보통 세 가지 에너지 영역으로 나뉜다.

모서리 영역

가장자리 부위는 일반적으로 흡수 가장자리 주위에 몇 eV의 범위에서 확장된다. 좋은 금속의 에지 영역 i)의 스펙트럼 특성은 페르미 수준보다 높은 최종 소산 상태에 대한 배설이다. ii) 절연체의 경우 ii) 이온화 전위보다 낮은 노심 exicton이다. iii) 분자의 경우 분자의 경우, 초기 상태 중 화학적 전위보다 높은 첫 번째 미사용 분자 수준으로의 전자 전환이다. 코어 구멍과의 쿨롱 상호작용에 의해 코어 흡수 스펙트럼의 이산 부분으로. 많은 신체 최종 상태들 사이의 다중 전자의 배설과 구성 상호작용은 강하게 상관된 금속과 절연체에서 가장자리 영역을 지배한다. 수년 동안 가장자리 부분은 "코셀 구조"라고 언급되었지만, 코셀 구조는 단지 점유되지 않은 분자 최종 상태만을 가리키기 때문에, 현재 "흡수 가장자리 영역"으로 알려져 있다. 이는 분자와 강력하게 질서 정연한 시스템이라는 몇 가지 특정한 경우에 대해서만 정확한 설명이다.

X선 흡수근 모서리 구조

XANES 에너지 영역은[3] 코어 레벨 X선 흡수 임계값을 중심으로 50-100 eV 에너지 범위에 걸쳐 가장자리 영역과 EXAFS 영역 사이에 확장된다. 1980년 이전에 XANES 영역이 다른 최종 상태에 잘못 할당되었다: a) 비사용 상태의 총 밀도 상태 또는 b) 비사용 분자 궤도 (코셀 구조) 또는 c) 비사용 원자 궤도 또는 d) 저 에너지 EXAFS 진동. 70년대에 프라스카티와 스탠포드 싱크로트론 선원의 싱크로트론 방사선을 사용하여, 이 에너지 영역의 특징은 가변 크기의 나노클러스터에서 광전자의 다중 산란 공진 때문이라는 것이 실험적으로 입증되었다. 1980년 안토니오 비안코니는 부드러운 X선 범위와[4] 하드 X선 범위에서 광전자의 다중 산란 공진에 의해 지배되는 스펙트럼 영역을 나타내기 위해 XANES라는 약자를 발명했다.[5] XANES 에너지 범위에서 최종 상태의 광전자 운동 에너지는 소수의 eV와 50-100 eV 사이에 있다. 이 체제에서 광전자는 분자와 응축된 물질에 있는 이웃 원자에 의한 강한 산란 진폭을 가지고 있고, 파장은 원자간 거리보다 크며, 평균 자유 경로가 1나노미터보다 작을 수 있으며, 마지막으로 흥분 상태의 수명은 펨토초순이다. XANES 스펙트럼 특성은 70년대 초에 제안된 완전 다중 산란 이론으로 설명된다.[6] 따라서 XANES 해석의 핵심 단계는 최종 상태가 제한되는 인접 원자의 원자 군집 크기를 결정하는 것으로, 다른 시스템에서는 0.2 nm에서 2 nm 사이일 수 있다. 이 에너지 영역은 나중에(1982년) 또한 XANES와 동의어인 근거리 X선 흡수 미세 구조(NEXAFS)라고 불렸다. 20년 이상 동안 XANES 해석은 논의의 대상이 되었지만, 최근 최종 상태는 "다중 산란 공명"이며 많은 신체 최종 상태가 중요한 역할을 한다는 데 의견이 일치하고 있다.[7]

중간 지역

XANES와 EXAFS 지역 사이에는 낮은 n-body 분배 기능이 핵심 역할을 하는 중간 지역이 있다.[8][9][10]

연장된 X선 흡수 미세 구조

가장자리를 지나 수백 개의 전자볼트로 확장되는 진동 구조는 과학자인 랄프 크로닉의 이름을 따서 "크로닉 구조"라고 불렸다. 그는 이 구조를 높은 에너지 범위(즉, 약한 산란체에서 포일렉트릭의 운동 에너지 범위 - 100 eV보다 큰)에서 흥분성의 단일 산란에 할당했다.d 분자와 응축된 물질에서 인접한 원자에 의한 [11][12][13][14][15]광전자 이 체제는 1971년 세이어스, 스턴, 라이틀에 의해 EXAFS라고 불렸으며, 강력한[16][17] 싱크로트론 방사선원을 사용한 후에야 개발되었다.

X선 흡수 분광기의 응용

X선 흡수 에지 분광법은 코어 레벨에서 비어 있는 궤도 또는 밴드로의 전환에 해당하며 주로 전자 비어 있는 상태를 반영한다. 주변 원자에 의해 산란된 광전자의 단일 산란 과정에 간섭으로 인한 EXAFS는 지역 구조에 대한 정보를 제공한다. 로컬 구조물의 기하학적 구조에 대한 정보는 XANES 스펙트럼의 다중 산란 피크의 분석에 의해 제공된다. XAFS 약자는 나중에 XANES와 EXAFS 스펙트럼의 합계를 나타내기 위해 도입되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Fano, Ugo (1935). "Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco". Il Nuovo Cimento (in Italian). Springer Science and Business Media LLC. 12 (3): 154–161. doi:10.1007/bf02958288. ISSN 0029-6341.
  2. ^ FANO, U.; COOPER, J. W. (1968-07-01). "Spectral Distribution of Atomic Oscillator Strengths". Reviews of Modern Physics. American Physical Society (APS). 40 (3): 441–507. doi:10.1103/revmodphys.40.441. ISSN 0034-6861.
  3. ^ D. C. 코닝스버거, R. 프린스(eds) A. 비앙코니 "X선 흡수: 원리, 응용, EXAFS, SEXAFS 및 XANES의 기법"(화학 분석 92), Wiley, New York(1988) pp 573-662
  4. ^ Bianconi, Antonio (1980). "Surface X-ray absorption spectroscopy: Surface EXAFS and surface XANES". Applications of Surface Science. Elsevier BV. 6 (3–4): 392–418. doi:10.1016/0378-5963(80)90024-0. ISSN 0378-5963.
  5. ^ Belli, M.; Scafati, A.; Bianconi, A.; Mobilio, S.; Palladino, L.; Reale, A.; Burattini, E. (1980). "X-ray absorption near edge structures (XANES) in simple and complex Mn compounds". Solid State Communications. Elsevier BV. 35 (4): 355–361. doi:10.1016/0038-1098(80)90515-3. ISSN 0038-1098.
  6. ^ Dehmer, J. L.; Dill, Dan (1975-07-28). "Shape Resonances in K-Shell Photoionization of Diatomic Molecules". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 35 (4): 213–215. doi:10.1103/physrevlett.35.213. ISSN 0031-9007.
  7. ^ Rehr, J.J.; Ankudinov, A.L. (2005). "Progress in the theory and interpretation of XANES". Coordination Chemistry Reviews. Elsevier BV. 249 (1–2): 131–140. doi:10.1016/j.ccr.2004.02.014. ISSN 0010-8545.
  8. ^ Benfatto, M.; Natoli, C. R.; Bianconi, A.; Garcia, J.; Marcelli, A.; et al. (1986-10-15). "Multiple-scattering regime and higher-order correlations in x-ray-absorption spectra of liquid solutions". Physical Review B. American Physical Society (APS). 34 (8): 5774–5781. doi:10.1103/physrevb.34.5774. ISSN 0163-1829.
  9. ^ Filipponi, Adriano; Di Cicco, Andrea; Natoli, Calogero Renzo (1995-12-01). "X-ray-absorption spectroscopy and n-body distribution functions in condensed matter. I. Theory". Physical Review B. American Physical Society (APS). 52 (21): 15122–15134. doi:10.1103/physrevb.52.15122. ISSN 0163-1829.
  10. ^ Filipponi, Adriano; Di Cicco, Andrea (1995-12-01). "X-ray-absorption spectroscopy andn-body distribution functions in condensed matter. II. Data analysis and applications". Physical Review B. American Physical Society (APS). 52 (21): 15135–15149. doi:10.1103/physrevb.52.15135. ISSN 0163-1829.
  11. ^ Rehr, J. J.; Albers, R. C. (2000-07-01). "Theoretical approaches to x-ray absorption fine structure". Reviews of Modern Physics. American Physical Society (APS). 72 (3): 621–654. doi:10.1103/revmodphys.72.621. ISSN 0034-6861.
  12. ^ de Groot, Frank (2001). "High-Resolution X-ray Emission and X-ray Absorption Spectroscopy". Chemical Reviews. American Chemical Society (ACS). 101 (6): 1779–1808. doi:10.1021/cr9900681. ISSN 0009-2665.
  13. ^ X선 흡수: DC가 편집한 EXAFS, SEXAFS 및 XANES의 원리, 적용 및 기법. Koeningsberger, R. Prins, John Wiley & Sons 1988.
  14. ^ EXAFS의 원리 및 적용, 싱크로트론 방사선 핸드북 10장, 페이지 995–1014. E. A. Stern과 S. M. Heald, E. E. E. Koch, Ed, North-Holland, 1983.
  15. ^ B.-K. Teo, EXAFS: 기본 원리 및 데이터 분석, Springer 1986
  16. ^ Sayers, Dale E.; Stern, Edward A.; Lytle, Farrel W. (1971-11-01). "New Technique for Investigating Noncrystalline Structures: Fourier Analysis of the Extended X-Ray—Absorption Fine Structure". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 27 (18): 1204–1207. doi:10.1103/physrevlett.27.1204. ISSN 0031-9007.
  17. ^ Lytle, Farrel W. (1999-05-01). "The EXAFS family tree: a personal history of the development of extended X-ray absorption fine structure". Journal of Synchrotron Radiation. International Union of Crystallography (IUCr). 6 (3): 123–134. doi:10.1107/s0909049599001260. ISSN 0909-0495.

외부 링크