说明:本文华算科技从基本物理过程、谱图特征、价态判定、局域结构解析、简称、专业术语对XAS进行了基础讲解。
通过上述六个方面的解读,可以一次性掌握 XAS 的“能力”:不仅知道这项技术是如何发生的(物理过程),也清楚它在谱图上“长什么样”(谱图特征);既明白它能直接读出元素的“身份卡”(价态判定),又能像“分子尺”一样量出原子周围的“邻居”是谁、多远、几个(局域结构);同时认识到它“百无禁忌”的样品适应性(普适性),以及软、硬 X 射线区各自的习惯叫法(术语与分区)。
读完即可判断“我的体系能不能做、能得到什么信息、该看谱图哪一段”。

入射光子与深核电子相互作用,1s电子被激发产生K边光谱。

深核电子被提升到费米能量以上的某个未被占据的状态,传播离开,并留下一个核空穴。

一小段时间后(1或2飞秒),一个更高的电子衰变到核心空穴中并发射出光子。

特征能量,每种元素都有一组特征的激发能和荧光能。

当入射X射线能量大于结合能时,吸收会急剧增加。能量为E的入射X射线被吸收,摧毁结合能为E0的核心电子,并发射出动能为(E-E0)的光电子。核心状态最终被填充,发射出荧光X射线。
对于孤立原子而言,μ(E) 在核心能级的结合能处呈现一个尖锐的阶跃,并在该吸收边之上随能量变化而表现为一条光滑的曲线。

被射出的光电子会受到邻近原子的散射,R与λ有一定的关系,散射事件会产生相移,因此出射波和散射波会发生干涉,光电子波函数的散射会干扰自身。吸收原子的这种干涉会随着能量的变化而变化,从而导致μ(E)的振荡。
µ(E)由吸收原子E-E0决定。

随着价态的增加,Cu0、Cu+、Cu2+的边缘位置向更高的能量移动。
由于每个元素都有自己的边缘能量,因此即使在非均匀样品中也可以测量元素的化合价
由于 X 射线具有强穿透性,通常只需对样品进行极少的制备即可。
无需假设任何对称性或周期性,因此样品可以是晶体、非晶体、薄膜、溶液、表面吸附物,任何形式皆可。

随着价态升高(Cu0、Cu+、Cu-sample、Cu2+),不同Cu物种在吸收边之后的精细结构表现出显著差异:白线及其后续振荡特征均明显不同。
XAS的谱图中的振荡部分可以被分离并进行傅里叶变换。得到的FT函数可解释为吸收原子周围的局部分布函数,从而给出近邻原子对的距离分布。
对于不同价态的 Cu0、Cu+ 、Cu-sample和Cu2+,其Cu–O 键长各不相同,并且与金属 Cu 中的Cu–Cu 距离明显不同。
XANES X-ray Absorption Near-Edge Structure
NEXAFS Near-Edge X-ray Absorption Fine Structure
XANES 与 NEXAFS 其实是同一种技术。历史上,软 X 射线领域习惯称“NEXAFS”,而硬 X 射线领域则称“XANES”。 这两个首字母缩略词都是指吸收边缘附近的XAS(X射线吸收光谱)测量部分。
EXAFS Extended X-ray Absorption Fine Structure
扩展X射线吸收精细结构是在边缘以上延伸数百伏的振荡数据。
pre-edge:费米能级与吸收阈之间那些微小(或显著、但必定具有物理意义!)的特征结构。
Edge:XAS 谱中主吸收边急剧上升的部分
near-edge:吸收边之上具有特征性的结构
white line Large:吸收边上方紧邻处出现的显著主峰