X-ışını Raman saçılması - X-ray Raman scattering
X-ışını Raman saçılımı (xrs) olan olmayan rezonans inelastik partikül saçma ve X-ışınları ile ilgili çekirdek elektron . Optik spektroskopide yaygın olarak kullanılan bir araç olan titreşimsel Raman saçılmasına benzer , fark, heyecan verici fotonların dalga boylarının X-ışını rejimine düşmesi ve karşılık gelen uyarımların derin çekirdek elektronlarından olmasıdır.
XRS bir eleman özgüdür spektroskopik çalışmak için bir araç elektronik yapıya ait meselesi . Özellikle, bir numunedeki bir atomik türün uyarılmış durum durum yoğunluğunu (DOS) araştırır.
Açıklama
XRS, yüksek enerjili bir X-ışını fotonunun bir çekirdek elektrona enerji vererek onu boş bir duruma uyardığı esnek olmayan bir X-ışını saçılma işlemidir. Süreç prensipte X-ışını absorpsiyonuna (XAS) benzerdir , ancak enerji transferi X-ışını absorpsiyonunda absorbe edilen X-ışını foton enerjisinin rolünü oynar , tıpkı optikte Raman saçılmasında olduğu gibi, titreşimsel düşük enerjili uyarımlar olabilir. bir molekülden saçılan ışığın spektrumunu inceleyerek gözlemlenir.
Sondalama X-ışınının enerjisi (ve dolayısıyla dalga boyu) serbestçe seçilebildiğinden ve genellikle sert X-ışını rejiminde olduğundan, malzemenin elektronik yapısı çalışmalarında yumuşak X-ışınlarının belirli kısıtlamalarının üstesinden gelinir. Örneğin, yumuşak X-ışını çalışmaları yüzeye duyarlı olabilir ve bir vakum ortamı gerektirir. Bu, yumuşak X-ışını absorpsiyonu kullanılarak çok sayıda sıvı gibi birçok maddenin incelenmesini imkansız hale getirir. X-ışını Raman saçılmasının yumuşak X-ışını absorpsiyonundan üstün olduğu en dikkate değer uygulamalardan biri, yüksek basınçta yumuşak X-ışını absorpsiyon kenarlarının incelenmesidir . Yüksek enerjili X-ışınları elmas örs hücresi gibi yüksek basınçlı bir cihazdan geçerek hücre içindeki numuneye ulaşabilirken, yumuşak X-ışınları hücre tarafından emilecektir.
Tarih
Yeni bir saçılma türü bulma raporunda, Sir Chandrasekhara Venkata Raman , benzer bir etkinin X-ışını rejiminde de bulunması gerektiğini öne sürdü. Aynı zamanda, Bergen Davis ve Dana Mitchell 1928'de grafitten saçılan radyasyonun ince yapısı hakkında rapor verdiler ve karbon K kabuk enerjisi ile uyumlu görünen çizgilere sahip olduklarını kaydettiler. Birkaç araştırmacı 1920'lerin sonlarında ve 1930'ların başlarında benzer deneyler denedi, ancak sonuçlar her zaman doğrulanamadı. Genellikle XRS etkisinin ilk kesin gözlemleri K. Das Gupta'ya (bildirilen bulgular 1959) ve Tadasu Suzuki'ye (1964 rapor edilmiştir) atfedilir. Çok geçmeden katılardaki XRS tepe noktasının katı hal etkileriyle genişlediği anlaşıldı ve XAS spektrumuna benzer bir şekle sahip bir bant olarak ortaya çıktı. Tekniğin potansiyeli, modern senkrotron ışık kaynakları kullanıma sunulana kadar sınırlıydı . Bunun nedeni, çok yüksek yoğunlukta radyasyon gerektiren olay fotonlarının çok küçük XRS olasılığıdır . Bugün, XRS tekniklerinin önemi hızla artıyor. Bu çalışma için kullanılabilir yakın kenar X-ışını soğurma ince yapı (NEXAFS veya XANES) ve aynı zamanda uzun bir X-ışını soğurma ince yapı (EXAFS).
XRS'nin kısa teorisi
XRS, enine kesiti olan rezonanssız esnek olmayan X-ışını saçılması sınıfına aittir .
- .
Burada, bir Thomson kesit saçılma elektron elektromanyetik dalgaların olduğunu belirtir. İncelenen sistemin fiziği, momentum aktarımı ve enerji aktarımının bir fonksiyonu olan dinamik yapı faktöründe gömülüdür . Dinamik yapı faktörü, yalnızca XRS'de gözlemlenen çekirdek-elektron uyarımlarını değil, aynı zamanda örneğin plazmonları , değerlik elektronlarının toplu dalgalanmalarını ve Compton saçılımını da içeren tüm rezonanssız elektronik uyarıları içerir .
X-ışını absorpsiyonuna benzerlik
Yukio Mizuno ve Yoshihiro Ohmura tarafından 1967'de küçük momentum transferlerinde dinamik yapı faktörünün XRS katkısının X-ışını absorpsiyon spektrumu ile orantılı olduğu gösterilmiştir. Temel fark, XAS'ta ışığın polarizasyon vektörü soğurucu elektronun momentumuyla eşleşirken, XRS'de gelen fotonun momentumu elektronun yüküyle eşleşir. Bu nedenle, XRS'nin momentum transferi, XAS'ın foton polarizasyonunun rolünü oynar.