文档介绍：扩展X射线吸收谱精细结构Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS)
Introduction
扩展X射线吸收谱精细结构(Extended X-ray absorption fine structure, EXAFS)是X射线吸收限高能侧30eV至约1000eV范围内吸收系数随入射X光子能量增加而起伏振荡的现象,近年来它被广泛应用于测定多原子气体和凝聚态物质吸收原子周围的局域结构,成为结构分析的一种新技术。
原理
一般教科书中给出的X射线吸收系数随波长变化的曲线除在K、L1、L11、L111等吸收限处吸收发生突变外,其余部分是平滑的;这平滑部分可用Victoreen公式来表述:
μ
λ
吸收系数与波长的关系
K吸收边
可是实际上更精确的测量表明,在吸收限高能侧附近,随样品的成分和状态不同会显示不同的振荡现象。对于单原子气体,只在极靠近吸收限处有振荡;对于多原子气体、液体和固体,振荡扩展到约1000eV左右。
原理
μ
λ
30eV以内的振荡称为吸收谱近限结构(X-ray absorption near structure)
30~1000eV的振荡称为扩展X射线吸收谱精细结构(Extended X-ray Absorption Fine Structure EXAFS)。
两者都是吸收原子周围的邻原子对出射光电子散射引起的,但理论细节不完全相同。
原理
出射光电子波受到周围近邻原子的背散射:
背散射光电子波峰将与出射光电子波发生干涉:
相长干涉使吸收增加,相消干涉使吸收下降。这样就使吸收曲线出现振荡
EXAFS的产生原理
增加入射X光子的能量将使光电子波长变短,出射与散射光电子波之间的干涉结果也就不同;
当散射原子的种类、数量及其与吸收原子的距离不同时,EXAFS细节也将出现差异,因此它包含着吸收原子周围近邻原子短程结构信息。
原理
EXAFS函数
通常EXAFS用一参量表示,它表示 X射线吸收系数μ的归一化的振荡部分。
式中:k 是出射光电子的波矢的模, ,
λe为光电子波长;
为的平滑变化部分,在物理上相当于孤立原子的吸收系数;
为扣除背底以后的K吸收限高能侧吸收系数。
根据EXAFS的产生机理,可以预计将与下列因素有关:
1、与吸收原子周围的第 j 近邻原子壳层中的同种原子数Nj、距离 Rj 及原子散射因数 fj (2k) 有关。这一部分可表示为:
EXAFS函数
EXAFS函数
2、与散射光电子的位相改变有关。位相改变包含两部分:光程差引起的位相差及出射和散射引起的相移。这一部分可表示为: