miniatura|Figura 1: Transicions que contribueixen a les vores XAS L'espectroscòpia d'absorció de raigs X (XAS) és un conjunt de tècniques avançades utilitzades per sondejar l'entorn local de la matèria a nivell atòmic i la seva estructura electrònica. Els experiments requereixen accés a instal·lacions de radiació de sincrotró per als seus feixos de raigs X intensos i sintonitzables. Les mostres poden estar en fase gasosa, solucions o sòlids. miniatura|Figura 2: Tres regions de dades XAS per a la vora K
Rerefons Les dades XAS s'obtenen ajustant l'energia del fotó, utilitzant un monocromador cristal·lí, a un rang on es poden excitar els electrons del nucli (0,1-100 keV). Les vores, en part, s'anomenen pel tipus d'electró del nucli que s'excita: els principals nombres quàntics n = 1, 2 i 3 corresponen a les vores K, L i M, respectivament. Per exemple, l'excitació d'un electró 1s es produeix a la vora K, mentre que l'excitació d'un electró 2s o 2p es produeix a una vora L (Figura 1).
Hi ha tres regions principals que es troben en un espectre generat per dades XAS, que es consideren tècniques espectroscòpiques separades (Figura 2):
1. El llindar d'absorció determinat per la transició als estats desocupats més baixos:
a. els estats al nivell de Fermi en metalls que donen un "flanc ascendent" amb forma d'arc tangent;
b. els excitons del nucli lligat en aïllants amb forma de línia lorentziana (es produeixen en una regió prèvia al flanc a energies inferiors a les transicions al nivell desocupat més baix);
2. L'estructura d'absorció de raigs X a la vora propera (XANES), introduïda el 1980 i posteriorment el 1983 i també anomenada NEXAFS (estructura fina d'absorció de raigs X a la vora propera), que està dominada per transicions de nucli a estats quasi lligats (ressonàncies de dispersió múltiples) per a fotoelectrons amb energia cinètica en el rang de 10 a 150 eV per sobre del potencial químic, anomenades "ressonàncies de forma" en espectres moleculars, ja que es deuen a estats finals de curta vida útil degenerats amb el continu amb la forma de línia de Fano. En aquest rang, les excitacions multielectròniques i els estats finals de molts cossos en sistemes fortament correlacionats són rellevants;
3. En el rang d'alta energia cinètica del fotoelectró, la secció transversal de dispersió amb els àtoms veïns és feble, i els espectres d'absorció estan dominats per EXAFS (estructura fina d'absorció de raigs X estesa), on la dispersió del fotoelectró expulsat dels àtoms veïns es pot aproximar mitjançant esdeveniments de dispersió individuals. El 1985, es va demostrar que la teoria de dispersió múltiple es pot utilitzar per interpretar tant XANES com EXAFS; per tant, l'anàlisi experimental centrada en ambdues regions ara s'anomena XAFS.
L'XAS és un tipus d'espectroscòpia d'absorció a partir d'un estat inicial del nucli amb una simetria ben definida; per tant, les regles de selecció de la mecànica quàntica seleccionen la simetria dels estats finals del continu, que solen ser una barreja de múltiples components. Les característiques més intenses es deuen a les transicions permeses pel dipol elèctric (és a dir, Δℓ = ± 1) a estats finals desocupats. Per exemple, les característiques més intenses d'una vora K es deuen a les transicions del nucli des d'estats finals de tipus 1s → p, mentre que les característiques més intenses de la vora L3 es deuen a estats finals de tipus 2p → d.
La metodologia XAS es pot dividir a grans trets en quatre categories experimentals que poden donar resultats complementaris: vora K del metall, vora L del metall, vora K del lligand i EXAFS.
El mitjà més obvi per cartografiar mostres heterogènies més enllà del contrast d'absorció de raigs X és mitjançant l'anàlisi elemental per fluorescència de raigs X, similar als mètodes EDX en microscòpia electrònica.
Aplicacions La XAS és una tècnica utilitzada en diversos camps científics, com ara la física molecular i de la matèria condensada,Tangcharoen, T., Klysubun, W., Kongmark, C., & Pecharapa, W. (2014). Synchrotron X‐ray absorption spectroscopy and magnetic characteristics studies of metal ferrites (metal = Ni, Mn, Cu) synthesized by sol–gel auto‐combustion method. Physica Status Solidi A, 211(8), 1903-1911.https://doi.org/10.1002/pssa.201330477Tangcharoen, Thanit, Wantana Klysubun, and Chanapa Kongmark. "Synchrotron X-ray absorption spectroscopy and cation distribution studies of NiAl2O4, CuAl2O4, and ZnAl2O4 nanoparticles synthesized by sol-gel auto combustion method." Journal of Molecular Structure 1182 (2019): 219-229.https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.01.049Rawat, Pankaj Singh, R. C. Srivastava, Gagan Dixit, and K. Asokan. "Structural, functional and magnetic ordering modifications in graphene oxide and graphite by 100 MeV gold ion irradiation." Vacuum 182 (2020): 109700. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109700 la ciència i l'enginyeria de materials, la química, les ciències de la Terra i la biologia. En particular, la seva sensibilitat única a l'estructura local, en comparació amb la difracció de raigs X, s'ha explotat per estudiar:
Sistemes sòlids i líquids amorfs Solucions sòlides Materials de dopatge i implantació iònica per a electrònica Distorsions locals de xarxes cristal·lines compostos organometàl·lics Metal·loproteïnes Clústers metàl·lics Catàlisi Dinàmica vibracional Ions en solucions Especiació dels elements Aigua líquida i solucions aquoses S'utilitza per detectar fractures òssies S'utilitza per determinar la concentració de qualsevol líquid en qualsevol tanc
Referències
Categoria:Espectroscòpia Categoria:Raigs X