Рентгеновское комбинационное рассеяние - X-ray Raman scattering

Рентгеновское комбинационное рассеяние (XRS) - это нерезонансное неупругое рассеяние из рентгеновские лучи из основные электроны. Аналогичен колебательному Рамановское рассеяние, который 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 остова.

XRS зависит от элемента спектроскопический инструмент для изучения электронная структура из иметь значение. В частности, он исследует возбужденное состояние плотность состояний (DOS) атомарного вида в образце.^[1]

Описание

XRS - неэластичный рассеяние рентгеновских лучей процесс, в котором высокоэнергетический рентгеновский фотон передает энергию остовному электрону, переводя его в незанятое состояние. Процесс в принципе аналогичен рентгеновское поглощение (XAS), но передача энергии играет роль рентгеновского фотона поглощенная энергия При поглощении рентгеновских лучей, точно так же, как при комбинационном рассеянии света в оптике, колебательные возбуждения низкой энергии можно наблюдать, исследуя спектр света, рассеянного молекулой.

Поскольку энергия (и, следовательно, длина волны) зондирующего рентгеновского излучения может выбираться 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 в высокое давление. В то время как рентгеновские лучи высокой энергии могут проходить через устройство высокого давления, такое как ячейка с алмазной наковальней и достигнув образца внутри ячейки, мягкое рентгеновское излучение будет поглощаться самой ячейкой.

История

В своем отчете об открытии нового типа рассеяния сэр Чандрасекхара Венката Раман предположил, что аналогичный эффект должен быть 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 К-оболочки углерода.^[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 (опубликованные результаты 1959 г.) и Тадасу Судзуки (опубликованные 1964 г.). Вскоре стало понятно, что пик рентгеновского излучения в твердых телах был уширен из-за твердотельных эффектов и выглядел как полоса с формой, аналогичной форме спектра рентгеновского излучения. Потенциал техники был ограничен до современных синхротронный свет источники стали доступны. Это связано с очень малой вероятностью рентгеновского излучения падающих фотонов, требующей излучения с очень высокой интенсивность. Сегодня методы рентгеновского излучения становятся все более важными. Их можно использовать для изучения тонкая структура ближнего рентгеновского поглощения (NEXAFS или XANES), а также расширенная тонкая структура поглощения рентгеновских лучей (EXAFS).

Краткая теория XRS

Рентгеновское излучение относится к классу нерезонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей, который имеет поперечное сечение из

${displaystyle {d ^ {2} sigma over dOmega dE} = left ({dsigma over dOmega} ight) _ {m {Th}} imes S (q, E)}$.

Здесь, ${displaystyle (dsigma / dOmega) _ {m {Th}}}$ это Поперечное сечение Томсона, что означает рассеяние электромагнитных волн на электронах. Физика исследуемой системы похоронена в фактор динамической структуры ${displaystyle S (q, E)}$, который является функцией переданного импульса ${displaystyle q}$ и передача энергии ${displaystyle E}$. Фактор динамической структуры включает в себя все нерезонансные электронные возбуждения, включая не только возбуждения остовных электронов, наблюдаемые в РРС, но и, например, плазмоны коллективные колебания валентные электроны, и Комптоновское рассеяние.

Сходство с поглощением рентгеновских лучей

Юкио Мидзуно и Ёсихиро Омура показали в 1967 году, что при малых передачах импульса ${displaystyle q}$ рентгеновский вклад 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. Из-за этого передача импульса XRS играет роль поляризации фотонов XAS.

Смотрите также

• Методы рассеяния рентгеновских лучей
• Резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS)

Рекомендации