X선 흡수 분광기

X-ray absorption spectroscopy
그림 1: XAS 에지에 기여하는 전환
그림 2: K-edge에 대한 XAS 데이터의 세 영역

X-선 흡수 분광학(XAS)은 물질의 국소 기하학적 구조 및/또는 전자 구조를 결정하는 데 널리 사용되는 기법이다.[1] 이 실험은 강렬하고 튜닝이 가능한 X선 빔을 제공하는 싱크로트론 방사선 시설에서 주로 수행된다. 샘플은 가스 단계, 용액 또는 고형분일 수 있다.[2]

배경

XAS 데이터는 결정 단색화기를 사용하여 [3]광자에너지를 코어 전자가 흥분할 수 있는 범위(0.1-100 keV)로 튜닝하여 얻는다. 가장자리는, 부분적으로는, 코어 전자가 흥분하는 것으로 명명된다. 주요 양자수 n = 1, 2, 3은 각각 K-, L-, M-에 해당한다.[4] 예를 들어 1초 전자의 흥분은 K-edge에서 발생하는 반면 2초 또는 2p 전자의 흥분은 L-edge에서 발생한다(그림 1).

XAS 데이터에 의해 생성된 스펙트럼에서 발견된 세 가지 주요 영역은 별도의 스펙트럼 분석 기법으로 간주된다(그림 2).

  1. 가장 낮은 비어 있는 상태로 전환하여 결정되는 흡수 임계값:
    1. 호 접선 모양의 "상승 가장자리"를 제공하는 금속에서 페르미 수준의 상태
    2. 로렌츠 라인 형상이 있는 절연체의 바운드 코어 exiton(이들은 가장 낮은 미사용 수준으로의 전환보다 낮은 에너지에서 사전 에지 영역에서 발생함);
  2. 1980년 이후 1983년에 도입된 X선 흡수 근거리 구조(XANES)는 화학적 잠재력 위 10~150eV 범위에서 운동 에너지를 가진 광전자에 대해 준경계 상태(다중 산란 공명)로의 노심 전환이 지배하는 NEXAFS(근경계 X선 흡수 미세 구조)라고도 한다. 분자 스펙트럼에서 "모양 공명"이라고 불리는 것은 짧은 수명의 최종 상태 때문에 파노 선 모양의 연속체와 함께 변질되기 때문이다. 이 범위에서는 다전자의 배설물 및 강하게 상관된 시스템의 다체 최종 상태가 관련된다.
  3. 광전자의 높은 운동 에너지 범위에서는 인접 원자와 산란 단면이 약하며 흡수 스펙트럼은 EXAFS(확장된 X선 흡수 미세 구조)에 의해 지배되는데, 여기서 인접 원자의 방출된 광전자의 산란은 단일 산란 이벤트로 근사치를 구할 수 있다. 1985년에는 XANES와 EXAFS를 모두 해석하는 데 다중 산란 이론을 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌기 때문에, 현재 양쪽 지역을 중심으로 한 실험 분석을 XAFS라고 부른다.

XAS는 대칭성이 잘 정의된 핵심 초기 상태에서 흡수 분광기의 일종이므로 양자역학 선택 규칙은 연속체에서 최종 상태의 대칭을 선택하는데, 이는 대개 복수의 성분이 혼합된 것이다. 가장 강렬한 특징은 전기-디폴 허용 전환(예: Δδ = ± 1)이 비어 있는 최종 상태로 전환되기 때문이다. 예를 들어, K-edge의 가장 강렬한 특징은 1s → p-like 최종 상태에서의 핵심 전환에 기인하는 반면, L-edge의3 가장 강렬한 특징은 2p → d-like 최종 상태에 기인한다.

XAS 방법론은 상호 보완적인 결과를 제공할 수 있는 4가지 실험 범주로 크게 나눌 수 있다: 금속 K-edge, 금속 L-edge, 리간드 K-edge, EXAFS.

X선 흡수 대비를 넘어 이기종 검체를 매핑하는 가장 분명한 수단은 전자 현미경의 EDX 방법과 유사한 X선 형광에 의한 원소 분석을 통해 이루어진다.[5]

적용들

XAS는 분자 및 응축물리학,[6][7][8] 재료과학 및 공학, 화학, 지구과학, 생물학 등 다양한 과학 분야에서 사용되는 기술이다. 특히 X선 회절과 비교했을 때 국부 구조에 대한 독특한 민감성이 학습에 이용되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ "Introduction to X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS)", X-Ray Absorption Spectroscopy for the Chemical and Materials Sciences, Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, pp. 1–8, 2017-11-24, doi:10.1002/9781118676165.ch1, ISBN 978-1-118-67616-5, retrieved 2020-09-28
  2. ^ Yano J, Yachandra VK (2009-08-04). "X-ray absorption spectroscopy". Photosynthesis Research. 102 (2–3): 241–54. doi:10.1007/s11120-009-9473-8. PMC 2777224. PMID 19653117.
  3. ^ Popmintchev, Dimitar; Galloway, Benjamin R.; Chen, Ming-Chang; Dollar, Franklin; Mancuso, Christopher A.; Hankla, Amelia; Miaja-Avila, Luis; O’Neil, Galen; Shaw, Justin M.; Fan, Guangyu; Ališauskas, Skirmantas (2018-03-01). "Near- and Extended-Edge X-Ray-Absorption Fine-Structure Spectroscopy Using Ultrafast Coherent High-Order Harmonic Supercontinua". Physical Review Letters. 120 (9): 093002. doi:10.1103/physrevlett.120.093002. ISSN 0031-9007. PMID 29547333.
  4. ^ Kelly SD, Hesterberg D, Ravel B (2015). "Analysis of Soils and Minerals Using X-ray Absorption Spectroscopy". Methods of Soil Analysis Part 5—Mineralogical Methods. SSSA Book Series. John Wiley & Sons, Ltd. pp. 387–463. doi:10.2136/sssabookser5.5.c14. ISBN 978-0-89118-857-5. Retrieved 2020-09-24.
  5. ^ Evans, John (23 November 2017). X-ray absorption spectroscopy for the chemical and materials sciences (First ed.). Hoboken, NJ. ISBN 978-1-118-67617-2. OCLC 989811256.
  6. ^ 탕차롱, T, 클라이수분, W, 콩마크, C, 페차라파, W. (2014년) 솔-겔 자동 결합법으로 합성된 금속 페라이트(금속=Ni, Mn, Cu)의 싱크로트론 X선 흡수 분광법과 자기 특성 연구 Physica Status Solidi A, 211(8), 1903-1901.https://doi.org/10.1002/pssa.201330477
  7. ^ 탕차롱, 타닛, 안다나 클라이수분, 차나파 콩마크. "솔겔 자동연소법으로 합성된 NiAl2O4, CuAl2O4, ZnAl2O4 나노입자의 싱크로트론 X선 흡수 분광 및 양이온 분포 연구." 분자구조 1182호(2019년): 219-1998.https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.01.049
  8. ^ 라와트, 팡카즈 싱, R. C. 스리바스타바, 가간 딕싯, K. 아소칸. "그래핀 산화물 및 흑연에서 100 MeV 금 이온 조사에 의한 구조, 기능 및 자기 주문 수정" 진공 182 (1998): 109700.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700

외부 링크