X射线吸收近边结构理论

在X射线吸收谱中,阈值之上60eV以内的低能区的谱出现强的吸收特性,称之为近边吸收结构(XANES)。它是由于激发光电子经受周围原子的多重散射造成的。它不仅反映吸收原子周围环境中原子几何配置,而且反映凝聚态物质费米能级附近低能位的电子态的结构。因此成为研究凝聚态物质的有用工具。本文较详细地介绍了XANES理论中的多重散射模型与计算方法。同时,也揭示多重散射理论与广延系统中通常采用的能带结构理论以及有限系统中的单电子的分子轨道方法之间的关系。并给出若干实例以说明XANES的多重散射理论的应用。     

固体表面结构的同步辐射研究X射线吸收近边结构（XANES）

表面x-射线吸收近边结构是与团体表面原子的内壳层的电子向未占据轨道跃迁密切相关的。吸收边阈值之上的大约50eV的低能范围的潜图结构含有与吸收原子近邻的局域结构和局城电子态相关的信息。因此它已经成为研究固体表面局域特性，诸如同城几何结构，键长和键角的有用工具．为了和实验的表面XANES谱一致和对实测XANES谱进行解释，已经发展起来多种XANES的理论计算方法，比较成功的有能带结构近似理论和多原子体系的多重散射理论近似方法．在本文中，还简要介绍了利用同步辐射进行表面XANES实验的技术要求和相关方法的比较，并给出了若干实例说明表面XANES在固体表面结构研究方而的应用．     

小型掠入射式近边X射线吸收谱仪的设计

近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息,由于其适用范围广,灵敏度高,已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱,本文基于气体激光等离子体X射线光源,采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件,面阵CCD作为光谱探测器,设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案,得到了入射角88.6°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率,该谱仪工作波段2~5 nm,在4.4 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现,半高宽对入射角的误差最为敏感,优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能,结果显示分辨率达到设计指标。     

固体表面结构的同步辐射研究:X射线吸收近边结构(XANES)

表面x-射线吸收近边结构是与团体表面原子的内壳层的电子向未占据轨道跃迁密切相关的。吸收边阈值之上的大约50eV的低能范围的潜图结构含有与吸收原子近邻的局域结构和局城电子态相关的信息。因此它已经成为研究固体表面局域特性,诸如同城几何结构,键长和键角的有用工具．为了和实验的表面XANES谱一致和对实测XANES谱进行解释,已经发展起来多种XANES的理论计算方法,比较成功的有能带结构近似理论和多原子体系的多重散射理论近似方法．在本文中,还简要介绍了利用同步辐射进行表面XANES实验的技术要求和相关方法的比较,并给出了若干实例说明表面XANES在固体表面结构研究方而的应用．     

同步辐射X射线吸收边辐照技术

介绍了同步辐射Ｘ射线能量收边辐照技术和部分应用研究，简要阐述了单能软Ｘ射线辐射剂量参数的测量和计算方法。     

基于M壳层辐射的Si K边X射线吸收近边结构谱实验研究

基于纳秒高功率激光辐照高原子序数靶材产生的等离子体M壳层X射线辐射,利用椭圆柱面晶体谱仪进行薄膜单晶Si样品的K边X射线吸收近边结构谱(XANES)静态实验研究;通过详细介绍实验方案,分析椭圆柱面晶体谱仪的原理,得到谱仪的位置-能量色散关系,并对Au、Lu、Yb、Dy、Ta、Co这6种靶材产生的等离子体X射线光谱进行比较。结果表明:通过比较这6种靶材产生的等离子体X射线光谱后发现,在Si的K边(1839eV)附近,Lu、Yb、Dy靶材的激光等离子体M壳层辐射相对其他几种靶材具有较高的光谱亮度,对应的XANES的信噪比较好;实验获得的XANES与FEFF9.0软件计算结果基本符合,验证了单发获得的静态实验数据是可靠的。     

银吸收边附近X射线衰减系数测量

在北京同步辐射装置的4B7A中能X光束线上,光源能区为2.1~6.0 keV,能量分辨大于5000,高次谐波小于0.1%,光源强度大于109光子/s。通过全能区多能点的透过率精确测量Ag样品质量厚度,然后采用Ag薄膜对单能X光子的透过率进行测量,给出了Ag薄膜在吸收边（3.4~3.9 keV）的衰减系数 。建立了Ag样品吸收边附近衰减系数同步辐射测量方法。通过不确定度分析给出衰减系数测量不确定度小于1％,填补了在该区间衰减系数的空白。     

银吸收边附近X射线衰减系数测量

在北京同步辐射装置的4B7A中能X光束线上,光源能区为2.1~6.0keV,能量分辨大于5000,高次谐波小于0.1%,光源强度大于109光子/s。通过全能区多能点的透过率精确测量Ag样品质量厚度,然后采用Ag薄膜对单能X光子的透过率进行测量,给出了Ag薄膜在吸收边(3.4~3.9keV)的衰减系数。建立了Ag样品吸收边附近衰减系数同步辐射测量方法。通过不确定度分析给出衰减系数测量不确定度小于1%,填补了在该区间衰减系数的空白。     

扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱

本文评述了近年来发展起来的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱的理论、实验及数据分析方法,对于EXAFS的应用作了介绍,也对EXAFS的优点、局限性及发展的相关技术进行了讨论。     

用同步辐射X射线研究材料结构

使用同步辐射X射线进行材料的散射、衍射和吸收实验要比用一般X射线源的实验能提供新的、更精确、更详细的结构信息。同步辐射实验技术已发展到经常用于解决材料结构问题广泛领域的阶段。本文评述了作为材料原子级结构研究的同步辐射X射线散射和吸收技术的新进展,描述了包括表面和界面结构、局域结构、晶体结构和晶体缺陷在内的某些结构研究新例子,也提及最新发展和展望。     

X射线全息术

本文介绍了Ｘ射线全息术的工作原理和进展状况,详细地论述了与Ｘ射线全息术有关的Ｘ射线光学、Ｘ射线光学元件和Ｘ射线源的特性,并讨论了Ｘ射线全息实验的要求和记录方式,最后着重探讨了包括记录过程和重现过程中影响Ｘ射线全息术分辨率的各种因素。     

(Fe1-xNix)2P电子结构与磁学特性的X射线近边吸收谱研究

利用X射线近边吸收谱对Fe2P,Ni2P及其掺杂物(Fe1-xNix)2P(x=0.1,0.25,0.5)中Fe,Ni,P的K边进行了研究.结合多重散射理论近边计算,讨论了金属原子不同位置格点3f,3g对近边谱特征的贡献,得出当Ni原子取代Fe原子时将优先占据Fe(3f)格点位置;根据第一性原理对能态的计算发现,不考虑磁性时不同格点P的pDOS未占据态电子结构与P-K近边吸收谱实验相符合;与考虑铁磁性Fe2P的DOS相比较后结果显示Fe2P的磁性主要来源于Fe(3g)格点,铁磁性Ni2P计算的Ni不同格点原子磁矩均接近于0,与它一般显顺磁性结论相一致.     

X射线激光器研究初步结果

利用等离子体复合抽运X射线激光器模型和四能级速率方程,我们导出了在激光等离子体体系中发生位子数反转所须满足的条件。在这个基础上,通过分析不同结构靶的等离子体性质,我们发现当激光辐照复合镁靶时,在镁的类氦离子1S4P-1S3P能级间的粒子数反转。另外,我们在中等Z系例元素等离子体中也得到类氖离子系统粒子数反转证据并证明这些现象主要是由等离子体复合而引起的。 上述实验证明了我们的理论计算结果。     

二己二硫醚多层膜局域结构的近边x射线吸收精细结构研究

利用多重散射团簇(MSC)方法计算了二己二硫醚［CH₃(CH₂)₅S］₂单分子和多分子硫原子近边x射线吸收精细结构(NEXAFS)谱，给出了二己二硫醚多层膜的局域结构模型. MSC研究显示多层膜中二己二硫醚分子作平行有序排列，彼此相距0.47nm，其横截面呈规则的正方形. 利用离散变分Xα方法计算了二己二硫醚单分子和多分子的电子结构，验证了MSC的计算结果；并阐明了NEXAFS谱中各峰的物理起源. 对多层膜中分子之间的相互作用进行了讨论，发现多层膜的局域结构有分子自组装的特性. 关键词： 3(CH₂)₅S］₂多层膜')" href="#">二己二硫醚［CH₃(CH₂)₅S］₂多层膜 近边x射线吸收精细结构 多重散射团簇方法 离散变分Xα方法     

利用X射线近边吸收谱学方法研究蒙脱石在高温下吸附汞金属的行为

测量了分别用汞水溶液、汞和半胱氨酸混合溶液处理的蒙脱石样品在高温下汞L₃边X射线近边吸收谱. 利用这个方法研究了汞金属在蒙脱石中的吸附和解吸附行为以及氨基酸对吸附汞吸附行为的影响. 研究结果显示在没有氨基酸介入的情况下,蒙脱石中吸附的汞被6个水分子配位,或者被蒙脱石表面的氧原子配位;当引入半胱氨酸时,汞优先于氨基酸中的硫原子配位,形成更稳定的Hg-S键. 这个结果说明氨基酸的引入能够使得蒙脱石更稳定的吸附汞金属离子,大大缓解汞离子向生物圈中迁移.     

同步辐射软X射线近边吸收谱方法研究长期施肥对黑土有机氮官能团的影响

有机态氮是土壤氮素的主要存在形式,在农田生态系统氮循环中占有重要地位。了解土壤有机氮官能团组成,可为制定合理的农田管理措施提供科学依据。同步辐射软X射线近边吸收谱(N K-edge XANES)技术,是原位测定土壤有机氮官能团组成最有效的方法,但利用该技术对长期施肥条件下土壤有机氮官能团组成的研究尚未见报道。本试验利用N K-edge XANES方法,研究了长期(18年)不同施肥措施[即休闲(Fallow)、不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、有机肥配施化肥(NPKM)、1.5倍量的有机肥配施化肥(1.5NPKM)和玉米秸秆配施化肥(NPKS)]对黑土全土及粘粒中有机氮官能团的影响。结果表明：各处理均在401.2～401.6和402.7～403.1 eV范围内出现特征吸收峰,分别归属为酰胺/胺和吡咯类化合物,粘粒中特征吸收峰通常较全土更为明显。半定量分析结果指出,全土和粘粒均以酰胺/胺的相对比例最高,是有机氮官能团的主要存在形态;与休闲处理相比,对照处理中酰胺/胺的相对比例较低,而吡咯类氮的相对比例较高;有机无机配施条件下,酰胺/胺的相对比例随有机肥量的增加而下降,而吡咯类氮的相对比例则呈相反的变化趋势;全土中以NPKS处理的酰胺/胺相对比例最高,而粘粒中则以休闲处理的腈类/芳香氮相对比例最高。利用N K-edge XANES方法原位测定不同施肥措施下土壤有机氮官能团组成的变化是可行的。     

同步辐射软X射线近边吸收谱方法研究长期施肥对黑土有机碳官能团的影响

以定位20年的黑土肥料试验为平台,利用同步辐射软X射线近边吸收谱(C-1s NEXAFS)方法,研究了长期施用化肥以及化肥配施玉米秸秆对土壤有机碳官能团的影响。结果表明：与不施肥的空白处理(CK)相比,单施化肥(N,NPK)后土壤的芳香C和羧基C含量增加,脂族C和羰基C含量下降,脂族C/芳香C比值降低;与单施化肥处理相比,化肥配施玉米秸秆后芳香C含量下降而脂族C含量增加,脂族C/芳香C比值增加,并随玉米秸秆用量增加表现的更为明显;无论配施玉米秸秆与否,NPK肥混施处理的芳香C、脂族C以及脂族C/芳香C比值均高于单施N肥处理。上述结果说明,单施化肥比不施肥使土壤有机碳官能团中芳香类化合物的相对比例增加,而脂肪烃类化合物的相对比例下降;化肥配施玉米秸秆则比单施化肥增加了脂肪烃类化合物的相对比例,配施高量比低量玉米秸秆的增加趋势更为明显,同时NPK肥混施比单施N肥有利于提高脂肪烃类化合物的相对比例。C-1s NEXAFS方法能够原位表征长期定位施肥条件下土壤有机碳官能团组成的变化。     

X射线衍射相位的实验测定

通常的射线衍射实验丢失了衍射的相位信息,造成了众所周知的“相位问题”。用数学办法从大量实验衍射强度数据中解出相位已有多种方案,此类方法广泛的应用于单晶结构分析工作中。而从实验中直接测得衍射相位则是近年来的新进展。本文介绍这类方法的原理,应用及存在的问题。     

X射线衍射动力学在原子吸收限近区的应用

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