HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ Fizik Mühendisliği

Fiz-458 Uygulamalı X-Işınları

GENİŞLETİLMİŞ X-IŞINI SOĞURMA İNCEYAPI SPEKTROSKOPİSİ

“EXAFS”

TEVFİK YILMAZ DOĞAN 20119597MURAT ÇAYDAŞİ 20219494

31.03.2011

İçerik

* XAFS ve EXAFS tanımlar

* Çözümlemeler

* Kullanılan yaklaşımlar

* MnS Yapı incelemesi

* Çalışma ortamı

EXAFS bölgesi,

Soğurma atomundan ayrılan elektronun en yakın komşu atomlarından saçılması sonucu dalga fonksiyonundaki (giden ve gelen) girişimler ile oluşan dalgalanmalardır.

Dışarı gönderilen dalgaboyuna sahip fotoelektronun

küresel dalga fonksiyonu,

şeklindedir.

Faz Kayması,EXAFS bölgesinde gözlenen salınımların kaynağı, dışarı giden dalga ve geri saçılan dalgalar (elektrona eşlik eden de Broglie dalgaraı) arasındaki etkileşimler sonucu oluşan girişimlerdir.

Yapıcı girişim, bir soğurma spektrumunda ana soğurum kenarı ardından gelen bölgesel maksimum alanlardır. Yıkıcı girişimde de bu olay tam tersi olacaktır.

Yapıcı ve yıkıcı girişim

Tekli ve Çoklu Saçılmalar,

Atom ve iyonun saçılma süreci potansiyeline bağlıdır. Bu potansiyeller, sonlu yarıçaplarda örtüşmeyen küresel saçılma bölgelerine sahiptir. Bu potansiyellerin katkısı, şeklinde yazılır.

Bazı Yaklaşımlar 1.Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı,

2.Fermi Altın Kuralı,

3.Normalizasyon,

4.Isısal Etki “Debye-Waller Faktörü”

5.Fourier Dönüşümü

1.Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı,

Benzer muffin-tin potansiyeli V içinde yayılan bir fotoelektronun

hamiltoniyeni, esitliği ile belirlenir. Burada, H0 kinetik

enerji operatörüdür. , E enerjideki sabit çözüm olmak üzere,

yazılabilir.

2.Fermi Altın Kuralı,EXAFS, soğurma spekturumunun enerjiye bağımlılığının bir ölçümüdür. X-Işını bir atom tarafından soğurulduğunda iki kuantum durumu arasında bir geçiş olmaktadır.

Burada herhangi bir komşu atom olmadan tek bir atomunsoğurma katsayısıdır. yalnızca soğuran atoma bağlı olan bir değerdir.

bir x-ışınını ve bir temel elektron seviyesinin bulunduğu . ilk durumu (H etkilesim terimi),

bir taban deşik ve fotoelektron seviyesini yani etkileşmenin . son durumunu temsil etmektedir.

3.Normalizasyon,EXAFS hesaplarında soğurma tesir kesiti için atomik soğurma katsayısı, ile normalize edilir. Soğurma köşesinin üstündeki enerjiler için, bu normalize saçılma fonksiyonu ile gösterilir.

Burada , E0 eşik enerjisinde soğurmasındaki sıçramanın ölçüsüdür.

EXAFS eşitliği giden ve geri saçilan dalgaların girişimine bağlı olarak yazılırsa,

Kabuller, * Soğurma atomundan ayrılan elektronun dalga fonksiyonu küresel . dalgadır.

* Çoklu saçılmalar ihmal edilip tekli saçılmalar kullanılacaktır.

4. Isısal Etki (Debye-Waller Faktörü)Numunenin ısıtılması, ortamın ısısal enerji etkileşimleri nedeniyle fotoeketron dalgaları ve saçılan dalgaların girişim şiddetlerinin azalmasına neden olur. Bütün ısısal katkıların ortalama sonucu olarak

yazılır.

5. Fourier Dönüşümü

En yakın komşu atomun bulunabilmesi için ve K-uzayından R-gerçek uzayına geçişin sağlanabilmesi için;

denklemi kullanılarak Fourier dönüşümleri yapılır.

Toparlama ve Örnek

XAFS ölçümleri, elektronik yapı araştırmalarında, bağlanma, valans durumları, katalitik özellikler, yörünge ve atomik konfigürasyonlar hakkında bilgi edinmede kullanılan bir yöntemdir.

EXAFS, dışarı doğru giden elektronların komşu atomlardan tekli saçılmalarını içerir.

EXAFS bölgesi, soğurma atomundan ayrılan elektronun en yakın komşu atomlardan saçılmasıyla dalga fonksiyonundaki (gelen ve giden dalga) girişimler sonucunda oluşur.

EXAFS bölgesi incelenerek; * komşu atomun konumu hakkında bilgi elde edilir, * atomlar arası uzaklıkları, * koordinasyon sayıları, * çevredeki soğurma atomlarının özelliği, * bölgesel atomik yapı hakkında ayrıntılı inceleme yapılabilir.

Yöntemin özel ilgi alanı kristal yapıdaki maddelerdir.

Varılacak nokta

Kristal yapıdaki mangan sülfür ince filmlerinin yapısı

Mangan, (Mn) sembolüyle periyodik cetvelde 3d geçiş metalleri grubu içinde yer alır. Atom

numarasi 25 ve elektronik düzeni [[Ar] 3d5 4s2] seklinde olan Mn, dolmamış 3d yörüngesinde nötr halde 5 değerlik elektronuna sahiptir.

“Atomik yarıçapı= 1.79 Å”

Mangan Sülfür (MnS) ince filmleri veya tozları değişik kristal yapılardan oluşur.

1. Saf sülfürün ve γ -MnS yapısındaki Sülfür anyonunun K-kenarlarına uyarım soğurumları

2. γ-MnS bilesiğinden salınan fotoelektronların saçılma sinyalleri

3.Saçılma şiddetinin enerjisi arttırılarak ağır atomların etkileşmeleri daha baskın

hale gelir.

4. Fourier dönüşümü yapılan EXAFS saçılma grafiği

Mn-S bağ uzaklığı : 2,435 ÅMn-Mn bağ uzaklığı : 3.224 Å

EXAFS LAB. Çalışma Ortamı

Kaynaklar

DOKTORA TEZİ-O.M.ÖZKENDIR-MnS, ZnO VE SnO2 İNCE FİLMLERİN ELEKTRONİK YAPISININ X-IŞINI SOĞURMA SPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ-A.BOZDUMAN-KOBALT İNCE FİLMLERİNİN X-IŞINI SOĞURMA SPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİ

Web Sayfaları: http://www.aps.anl.gov/Sectors/Sector9/Science/Programs/exafs/index.html

Ders Notları: * Anatoly Frenkel- Size and Geometry of Nanoparticles * J. Kas- Advances in Theory and Analysis of EXAFS

Kitaplar: * Introduction to XAFS - A Practical Guide to Xray Absorption Fine Structure Spectroscopy * Bruce Ravel- Introduction to EXAFS Experiments and Theory

http://www.slideshare.net/group/xray2011

Dinlediğiniz için teşekkürler

TEVFİK YILMAZ DOĞAN 20119597 MURAT ÇAYDAŞİ 20219494