Рентгеновское комбинационное рассеяние (РРС) является нерезонансно неупругим рассеянием от рентгеновских лучей от основных электронов . Это аналогично колебательному комбинационному рассеянию света , которое является широко используемым инструментом в оптической спектроскопии, с той разницей, что длины волн возбуждающих фотонов попадают в рентгеновский режим, а соответствующие возбуждения исходят от электронов глубокого ядра.
XRS является элементом конкретного спектроскопическим инструментом для изучения электронной структуры из материи . В частности, он исследует плотность состояний возбужденного состояния (DOS) атомной разновидности в образце. [1]
Описание [ править ]
Рентгеновское излучение - это процесс неупругого рассеяния рентгеновских лучей , при котором высокоэнергетический рентгеновский фотон передает энергию остовному электрону, переводя его в незанятое состояние. Этот процесс в принципе аналогичен поглощению рентгеновских лучей (XAS), но перенос энергии играет роль энергии рентгеновских фотонов, поглощаемых при поглощении рентгеновских лучей, точно так же, как при комбинационном рассеянии света в оптике колебательные низкоэнергетические возбуждения могут быть наблюдается при изучении спектра света, рассеянного молекулой.
Поскольку энергия (и, следовательно, длина волны) зондирующего рентгеновского излучения может быть выбрана свободно и обычно находится в режиме жесткого рентгеновского излучения, определенные ограничения мягкого рентгеновского излучения при исследовании электронной структуры материала преодолеваются. Например, мягкие рентгеновские исследования могут быть чувствительными к поверхности и требуют наличия вакуума. Это делает невозможным изучение многих веществ, таких как многочисленные жидкости, с использованием мягкого поглощения рентгеновских лучей. Одним из наиболее заметных приложений, в которых комбинационное рассеяние рентгеновских лучей превосходит поглощение мягкого рентгеновского излучения, является исследование границ поглощения мягких рентгеновских лучей при высоком давлении . В то время как рентгеновское излучение высокой энергии может проходить через устройство высокого давления, такое как ячейка с алмазной наковальней, и достигать образца внутри ячейки, мягкое рентгеновское излучение будет поглощаться самой ячейкой.
История [ править ]
В своем отчете об открытии нового типа рассеяния сэр Чандрасекхара Венката Раман предложил, чтобы аналогичный эффект был обнаружен и в рентгеновском режиме. Примерно в то же время Берген Дэвис и Дана Митчелл сообщили в 1928 году о тонкой структуре рассеянного излучения графита и отметили, что у них есть линии, которые, по-видимому, согласуются с энергией углеродной K-оболочки. [2]Некоторые исследователи пытались провести аналогичные эксперименты в конце 1920-х - начале 1930-х годов, но результаты не всегда могли быть подтверждены. Часто первые недвусмысленные наблюдения за эффектом XRS приписывают К. Дасу Гупте (отчет о находках 1959 г.) и Тадасу Судзуки (отчет 1964 г.). Вскоре стало понятно, что пик рентгеновского излучения в твердых телах был расширен твердотельными эффектами и появился в виде полосы, имеющей форму, аналогичную форме спектра рентгеновского излучения. Возможности этого метода были ограничены до появления современных синхротронных источников света . Это связано с очень малой вероятностью рентгеновского излучения падающих фотонов, что требует излучения с очень высокой интенсивностью . Сегодня методы рентгеновского излучения становятся все более важными. Их можно использовать для изучениятонкая структура ближнего рентгеновского поглощения (NEXAFS или XANES), а также расширенная тонкая структура поглощения рентгеновского излучения (EXAFS).
Краткая теория XRS [ править ]
РРС принадлежит к классу нерезонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей, который имеет поперечное сечение по
- .
Здесь - сечение Томсона , которое означает, что рассеяние - это рассеяние электромагнитных волн на электронах. Физика изучаемой системы основана на динамическом структурном факторе , который является функцией передачи импульса и энергии . Фактор динамической структуры включает все нерезонансные электронные возбуждения, включая не только возбуждения остовных электронов, наблюдаемые в XRS, но также, например, плазмоны , коллективные флуктуации валентных электронов и комптоновское рассеяние .
Сходство с поглощением рентгеновских лучей [ править ]
В 1967 году Юкио Мизуно и Йошихиро Омура показали, что при малой передаче импульса вклад рентгеновского излучения динамического структурного фактора пропорционален спектру поглощения рентгеновского излучения. Основное отличие состоит в том, что в то время как вектор поляризации света связан с импульсом поглощающего электрона в XAS, в XRS импульс падающего фотона связан с зарядом электрона. По этой причине передача импульса XRS играет роль фотонной поляризации XAS.
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Schülke, W (2007). Электронная динамика изучается методом неупругого рассеяния рентгеновских лучей . Издательство Оксфордского университета .
- ^ Дэвис, Берген; Митчелл, Дана П. (1 сентября 1928 г.). «Тонкая структура рассеянного излучения графита». Физический обзор . 32 (3): 331–335. DOI : 10.1103 / PhysRev.32.331 .
