Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
Absorbtion Fine Structure - дало название методу - EXAFS-Ьпектроскопия
[34,35],
Наиболее распространенным методом получения рентгеновских спектров
поглощения является Звмерение интенсивности / рентгеновского пучка,
прошедшего через образец, ориентированный перпендикулярно падающему
пучку:
/= (5)
где /о - начальная интенсивность пучка; ц, - коэффициент поглощения
рентгеновского излучения; а - толщина образца.
Зависимость коэффициента поглощения от частоты излучения называется
спектром поглощения.
Поглощение рентгеновских лучей в основном обусловлено процессами
фотонизацнн остовных электронных оболочек атомов. Энергия фотоэлектрона
подчиняется эйнштейновскому закону фотоэффекта:
** Сечение рассеяния иода мало по сравнению с сечением рассеяния серебра
По данным [7] перескоки катионов осуществляются на среднее расстояние / =
1,7? А, что находится в противоречии с приведенными выше результатами,
этот вопрос анализируется в (6]
168
8 =
(6)
где е, - энергия ионизации атомной оболочки с номером I.
По мере увеличения частоты рентгеновского излучения становятся возможными
процессы ионизации все более глубоких атомных оболочек, так что для
любого номера атомной оболочки на шкале частоты есть точка = e/fi,
начиная с которой становится возможным процесс фотоионизации
рассматриваемой оболочки. Эта точка называется порогом ионизации. При
o"(c)t коэффициент поглощения резко возрастает.
В интервале энергий фотонов от 20 до 40 эВ над порогом ионизации
коэффициент поглощения испытывает нерегулярные дополнительные изменения,
как это показано на рис ПМ5.5. Такие "непериодические колебания"
называются тонкой околопороговой структурой спектров рентгенов-
Рис JIJ15 5 Зависимость коэффициента поглощения от частоты излучения
вблизи порога ионизации
Сплошная линия соответствует полному коэффициенту поглощения* штриховая -
вкладу в коэффициент поглощения от оболочек с меньшими, чем у
рассматриваемой, энергиями ионизации* штрихпунктнрная - коэффициенту
поглощения в пренебрежении влияния атомов" окружающих ионизируемый j_wo-
вклад в полный коэффициент поглощения от рассматриваемой атомной оболочки
в случае свободного атома, -осциллирующая составляющая вклада"
обусловленная влиянием атомов
окружения, о>с- порог ионизации* "w "W- границы частотного интервала, в
котором наблюдаются EXAFS-осцилляцни
ского поглощения При удалении от порога поведение ц(ш) становится
монотонным. Медленные осцилляции \хг с небольшой амплитудой, имеющие
место в широкой области изменения энергий фотонов на достаточном удалении
от порога ионизации, называются EXAFS-спектром. Околопороговая и
протяженная тонкие структуры" наблюдаемые над порогом ионизации оболочки,
обусловлены вкладом в полный коэффициент поглощения процессов ионизации
только этой оболочки. Возможность разделения тонких структур, возникающих
над порогами ионизации различных глубоких остовньех оболочек* связана с
тем, что интервал энергий, где наблюдается эта структура, обычно заметно
меньше расстояния между различными порогами ионизации глубоких оболочек,
в качестве которых чаще всего используется 1 s-обо лоч ка для бо лее
легких металлов и 2^-оболочка для бол ее тяжелых.
Для описания формирования тонкой структуры вводится характеристика
элементарного акта фотоионизации отдельного атома - вероятность
фотононизации в единицу времени под влиянием монохроматического
рентгеновского излучения с единичной плотностью потока фотонов. Эта
вероятность называется сечением фотоионизации
Для EXAFS-спектра над порогом ионизации U-оболочки сечение фотононнзацни
описывается следующим выражением.
169
Oi*= Oii"r[l + Xl
(7)
где - сечение фотоионизации lj-оболочкк свободного атома, являющееся
монотонной функцией ш; безразмерная функция х(?) содержит всю информацию
об осцилляциях сечения фотоионизации атомов в веществе и называется
нормализованной EXAFS-функцией:
Здесь п - номер координационной сферы, атомы которой находятся на
одинаковом расстоянии R" от ионизируемого центра, Mi - число атомов в
сфере п (координационное число), \fn \ - модуль амплитуды обратного
рассеяния электронной волны атомами" координационной сферы, / - длина
свободно-
го пробега электрона в среде, множитель е 1 учитывает уменьшение
амплитуды отраженной электронной волны за счет процессов неупругого
рассеяния фотоэлектронов в среде, F$w- множитель, характеризующий
уменьшение амплитуды % за счет тепловых смещений соседних атомов, % -
сдвиг фаз, к - волновое число фотоэлектронной волны,
Для наделения из полной функции х(&) (см, выражение (8)) вкладов от
оггдельньк координационных сфер используют Фурье-преобразование и по
подсекцию максимумов модуля Фурье-образа определяют ргд;;усь]
коордпнашошьгх сфер,
Таким образом, из соотношений (7) и (8) могут быть получены структурные
параметры ближнего окружения атомов заданного типа* Следует особо
подчеркнуть возможность нахождения структурных характеристик и для
разуперядоченных систем-
