EXAFS之基本原理.docx

X光吸收光者普数摞虑理-1
Data Processing of X-ray Absorption Fine Spectroscopy
李文德、林志明
H械工程系、自然教育系
黎明技循院、阈立新竹^院
Win-Der Lee 、 建段性干越h檬品 有最大之吸收彳系数；反之，若雨槿光甯子 昇相(Out of phase),即JIE生破度性干越h 形成最小的吸收彳系数，随著入射光能量的 增加，X光吸收彳系数18出能量函数大小起 伏建化，此靶阐内的吸收光11稠悬 EXAFS。(又耦 Kronig MW)
EXAFS之基本原理
研究X光吸收光II只需要考光重吸 收，是因悬徙光典物II作用下，各槿 截面稹典光子能量的信割系看出，在 X光之 能量靶H(103至105eV)内，吸收截面稹主 要31献来自於光18吸收，而且大於其他吸 收谩程雨他数量级以上。
常光子之入射能量低於物H内原子之 吸收^^畤，其吸收彳系数随著入射能量之 升高而^慢下降，常入射能量到连原子之 吸收^^畤，入射光子以具有足别能量可 符吸收原子内唇fl道上之甯子(通常悬K 屑或L唇)激彝至外唇空fl道上，造成吸收 彳系数急遽增加。而常入射光子能量高於元 素之吸收^^畤，吸收彳系数之弓金度随著能 量之增加呈琪一些震谩之琪象，道槿振谩 的？I象耦悬延伸X光吸收余田微结情 (Extended X-ray Absorption Fine Structure, EXAFS) o
吸收^X光能量典彝生蹬遭余勺雨他IH 子^^能量差相同畤，刖光ft吸收突然增 弓金，出琪吸收彳系数小的蹬昇，即悬吸收遏 劭Absorption Edge)。
一般来茨:吸收^^大致可分悬以下三
槿定白^方式：
(1)吸收底限(Absorption Threshold)Ea： 内屑ft子到连最低能量空fl域所需之 能量。
±#X (Rising Edge)Eb：
吸收彳系数彝生趣遽蹬昇的中黑占，或一 次微分最大值黑占。
(3)逋 能 1M 底限(Continuum Threshold®
即EXAFS中之Eo值，通常需利用 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy , XPS)技循1才能得到。
EXAFS中，通常1r出？I吸收峰的主要 原因是，18子被激彝至某些束^^上。如: Kil^(K-Edge)是由最内唇1S雷子蹬遭至 nd、(n+1)S 或(n+1)p fl域所生。而 2S、 2P1/2、2P3/2霜子的蹬遭至同一黜!18的空fl 域中生的吸收峰耦悬 Li、L2、L3>Mo
由於ft子蹬遭曾受到量子退撵定JW的 限制，根摞量子理谪，原子中任一 18子 域之能魅可用nk ml三他量子数来描述， 其中n悬主量子数，l悬角勤量量子榭， ml悬磁量子数。18子在各域中的蹬遭僮 在△l=+1,-1, △m=+1,-1,0的修件下才能H 生。
吸收保数:由於X光典原子的作用，曾使 其被吸收在樽化悬熟幅射或螯光而消失, 包含 Compton effect & Photon effect
等。其中以光ft效鹰悬最主要，因此 X光 之强度在^谩物H彳爰曾逐渐减小，X光穿
透谩物H之强度衰减悬-dI,入射光强度是 I0,穿透出光强度悬I,比例常数小刖悬物 ®的®性吸收彳系数(Linear absorption coefficient)。X光迤入到物®［中深度悬 x 畤，其弓金度I如下式：
dI …Idx
or
稹分可得
dI /1 = -」dx
('_/ ：：)及
=I °e
p悬物II密度，而(3 p )稠^11量吸收彳系 数(mass absorption coefficient)
由於X光吸收彳堇典物U中原子有^ ,故(祖 / p )乃悬原子之特性函数。然而同檬原子 封於不同波辰的光曾有不同之吸收能力， 亦悬波辰之函数，信割系如下：
"=KZ『
其中Zabc悬吸收原子的原子序，K悬常 数，但1r随著波而有所建勤。
德拜瓦偷因素(Debye-Waller factor): 总 1g屑所有他别原子典中心原子^之距离隹减 去平均距离隹之平方合，在 EXAFS光II中 估有趣重要的地位，包含有结情上典化孥 上的瓷制1,其值表示原子^距离隹之建勤 (Fluctuation),K位悬(埃)，但可在 EXAFS 分析谩程中，决定内在原子距离隹畤而攫 得。它是由静熊的窗L序(Static disorder-) us及原子热振S& ( Thermal vibration) o-th 雨他因素所情成的，其信割系式悬：

2 _22 _
二 T =；入-二 th T
其中us典结情有^而典温度瓢信在，(rth(T) 悬典温度有信和勺熟