Surface-extended X-ray absorption fine structure
સપાટી-વિસ્તૃત એક્સ-રે શોષણ ફાઇન સ્ટ્રક્ચર (SEXAFS) એ EXAFS તકનીકની સપાટી-સંવેદનશીલ સમકક્ષ છે. આ તકનીકમાં સિંક્રોટ્રોનમાંથી ઉચ્ચ-તીવ્રતાના એક્સ-રે બીમ દ્વારા નમૂનાના પ્રકાશનો સમાવેશ થાય છે અને ઘટના ફોટોન ઊર્જાના કાર્ય તરીકે ઑગર ઇલેક્ટ્રોનની તીવ્રતામાં શોધીને તેમના ફોટોએબ્સોર્પ્શનનું નિરીક્ષણ કરે છે. મૂળ પદ્ધતિ, EXAFSની જેમ એક્સ-રેના સંબંધિત શોષણને જોવાને બદલે ઑગર ઇલેક્ટ્રોનની તીવ્રતા (જેની એસ્કેપ ઊંડાઈ ~ 1-2 nm હોય છે) ના આધારે ડેટાના અર્થઘટન દ્વારા સપાટીની સંવેદનશીલતા પ્રાપ્ત થાય છે. સપાટીના અણુઓ માટે મુખ્ય સ્તરની ઉત્તેજનાની શરૂઆત માટે લાક્ષણિક ઊર્જા દ્વારા ફોટોન ઊર્જાઓ ટ્યુન કરવામાં આવે છે. આ રીતે બનાવેલા મુખ્ય છિદ્રો પછી ઊંચા ઇલેક્ટ્રોનના બિન-કિરણોત્સર્ગી ક્ષય અને અન્ય ઇલેક્ટ્રોન સાથે ઊર્જાના સંચાર દ્વારા ભરી શકાય છે, જે પછી સપાટી પરથી છટકી શકે છે (ઑગર ઉત્સર્જન). તેથી કુલ ફોટોઇલેક્ટ્રોન ઉપજમાં આ ઑગર ઇલેક્ટ્રોનની સીધી શોધ દ્વારા ફોટોઆબ્સોર્પ્શનનું નિરીક્ષણ કરી શકાય છે. શોષણ ગુણાંક વિરુદ્ધ ઘટના ફોટોન ઊર્જામાં ઓસિલેશન હોય છે જે બાહ્ય પ્રસાર કરતા તરંગો સાથે બેકસ્કેટર ઑગર ઇલેક્ટ્રોનની દખલને કારણે હોય છે. આ ઓસિલેશનનો સમયગાળો બેકસ્કેટરિંગ અણુના પ્રકાર અને કેન્દ્રીય અણુથી તેના અંતર પર આધાર રાખે છે. આમ, આ તકનીક અધિશોષકો માટે આંતરપરમાણ્વિક અંતર અને તેમના સંકલન રસાયણશાસ્ત્રની તપાસને સક્ષમ બનાવે છે. આ તકનીકને લાંબા અંતરના ક્રમની જરૂર ન હોવાને કારણે ફાયદો થાય છે, જે કેટલીકવાર LEED (લગભગ 10 nm) જેવી અન્ય પરંપરાગત તકનીકોમાં મર્યાદા બની જાય છે. આ પદ્ધતિ મોટે ભાગે સંકેતમાંથી પૃષ્ઠભૂમિને પણ દૂર કરે છે. તેનો ફાયદો પણ થાય છે કારણ કે તે માત્ર એક્સ-રે ફોટોન ઊર્જાને તે પ્રજાતિની શોષણ ધાર પર ટ્યુન કરીને નમૂનામાં વિવિધ પ્રજાતિઓની તપાસ કરી શકે છે. આ તકનીકના પ્રારંભિક વિકાસમાં જોઆચિમ સ્ટોહરે મુખ્ય ભૂમિકા ભજવી હતી. પ્રાયોગિક સેટઅપ સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગ સ્ત્રોતો સામાન્ય રીતે, SEXAFS કાર્ય સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે કારણ કે તેમાં 1012 થી 1014 ફોટોન/સેકન્ડ/એમ. આર. ડી./એમ. એ. ના પ્રવાહો સાથે અત્યંત સંમિશ્રિત, સમતલ-ધ્રુવીકૃત અને ચોક્કસપણે સ્પંદિત એક્સ-રે સ્રોતો હોય છે અને પરંપરાગત સ્રોતોમાંથી મેળવી શકાય તેના કરતા સંકેત-થી-અવાજ ગુણોત્તરમાં ઘણો સુધારો કરે છે. એક તેજસ્વી સ્રોત એક્સ-રે સ્રોત નમૂનાને પ્રકાશિત કરી રહ્યો છે અને પ્રસારણને શોષણ ગુણાંક તરીકે માપવામાં આવી રહ્યું છે જ્યાં I પ્રસારિત થાય છે અને આઇઓ એ એક્સ-રેની ઘટના તીવ્રતા છે. પછી તેને આવતા એક્સ-રે ફોટોન ઊર્જાની ઊર્જા સામે આલેખિત કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર્સ SEXAFS માં, પ્રસારિત એક્સ-રે તરંગોની તીવ્રતાને બદલે ઑગર ઉપજની ગણતરી કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોન ડિટેક્ટર અને ઉચ્ચ વેક્યુમ ચેમ્બરની જરૂર પડે છે. ડિટેક્ટર ક્યાં તો ઊર્જા વિશ્લેષક હોઈ શકે છે, જેમ કે ઑગર માપનના કિસ્સામાં, અથવા ઇલેક્ટ્રોન ગુણક, જેમ કે કુલ અથવા આંશિક ગૌણ ઇલેક્ટ્રોન ઉપજના કિસ્સામાં. ઊર્જા વિશ્લેષક વધુ સારા રિઝોલ્યુશનને જન્મ આપે છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ગુણક મોટા ઘન કોણ સ્વીકૃતિ ધરાવે છે. સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોને સંચાલિત કરતું સમીકરણ એ છે કે જ્યાં μA એ શોષણ ગુણાંક છે; ઇલેક્ટ્રોન ગણતરીઓ/સેકન્ડમાં બિન-કિરણોત્સર્ગી યોગદાન છે; ઇલેક્ટ્રોન ગણતરીઓ/સેકન્ડમાં IB એ પૃષ્ઠભૂમિ યોગદાન છે; SEXAFS-ઉત્પાદક તત્વ દ્વારા μA એ શોષણ છે; μT એ તમામ ઘટકો દ્વારા કુલ શોષણ છે; આઇઓ એ આપતનની તીવ્રતા છે; n એ ક્ષીણતા લંબાઈ છે; ω/(4π) એ ડિટેક્ટર માટે ઘન કોણ સ્વીકૃતિ છે; εn એ બિન-કિરણોત્સર્ગી ઉપજ છે જે સંભાવના છે કે ઇલેક્ટ્રોન કિરણોત્સર્ગી રીતે ક્ષય નહીં કરે અને ખરેખર ઑગર ઇલેક્ટ્રોન તરીકે ઉત્સર્જિત થશે. ભૌતિકશાસ્ત્રની મૂળભૂત બાબતો અણુ દ્વારા એક્સ-રે ફોટોનનું શોષણ કોર સ્તરના ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરે છે, આમ કોર છિદ્ર ઉત્પન્ન કરે છે. આ કેન્દ્ર તરીકે ઉત્તેજિત અણુ સાથે ગોળાકાર ઇલેક્ટ્રોન તરંગ ઉત્પન્ન કરે છે. આ તરંગ બહારની તરફ પ્રસરે છે અને પડોશી અણુઓમાંથી વિખેરાઈ જાય છે અને કેન્દ્રીય આયનીકૃત અણુ તરફ પાછા ફરે છે. ફોટોઆબ્સોર્પ્શનનો ઓસિલેટરી ઘટક (1) માં દર્શાવ્યા મુજબ ડાયપોલ ઓપરેટર Mfs દ્વારા આ પ્રતિબિંબિત તરંગના પ્રારંભિક સ્થિતિમાં જોડાણમાંથી ઉદ્ભવે છે. ઓસિલેશનનું ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ પડોશી અણુઓના અંતર અને તેમના રાસાયણિક વાતાવરણ વિશે માહિતી આપે છે. આ તબક્કાની માહિતી ઑગર સિગ્નલમાં ઓસિલેશન પર લઈ જવામાં આવે છે કારણ કે ઑગર ઉત્સર્જનમાં સંક્રમણનો સમય રસની ઊર્જા શ્રેણીમાં ફોટોઇલેક્ટ્રોન માટે સરેરાશ સમય જેટલો જ છે. આમ, શોષણ ધાર અને લાક્ષણિકતા ઑગર સંક્રમણની યોગ્ય પસંદગી સાથે, ઘટના ફોટોન ઊર્જાના કાર્ય તરીકે ચોક્કસ ઑગર રેખામાં તીવ્રતાની વિવિધતાનું માપન એ ફોટોઆબ્સોર્પ્શન ક્રોસ સેક્શનનું માપ હશે. આ ઉત્તેજના વિવિધ ક્ષય પદ્ધતિઓને પણ પ્રેરિત કરે છે. આ કિરણોત્સર્ગી (ફ્લોરોસન્સ) અથવા બિન-કિરણોત્સર્ગી (ઑગર અને કોસ્ટર-ક્રોનિગ) પ્રકૃતિના હોઈ શકે છે. ઑગર ઇલેક્ટ્રોન અને એક્સ-રે ઉત્સર્જન વચ્ચેનો તીવ્રતા ગુણોત્તર અણુ સંખ્યા ઝેડ પર આધારિત છે. ઑગર ઇલેક્ટ્રોનની ઉપજ Z વધવાની સાથે ઘટે છે. EXAFS નો સિદ્ધાંત ફોટોઆબ્સોર્પ્શનનો ક્રોસ સેક્શન ફર્મીના સુવર્ણ નિયમ દ્વારા આપવામાં આવે છે, જે દ્વિધ્રુવીય અંદાજમાં આપવામાં આવે છે, જ્યાં ઊર્જા Ei સાથે પ્રારંભિક સ્થિતિ, i, અણુ કોર અને ફર્મી સમુદ્રનો સમાવેશ કરે છે, અને ઘટના કિરણોત્સર્ગ ક્ષેત્ર, અંતિમ સ્થિતિ, ઊર્જા Ef (ફર્મી સ્તર કરતા મોટા) સાથે, કોર હોલ અને ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. ε એ વિદ્યુતક્ષેત્રનું ધ્રુવીકરણ વેક્ટર છે, e એ ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ છે, અને ꯘꯥω એ એક્સ-રે ફોટોન ઊર્જા છે. જ્યારે મુખ્ય સ્તરની ઉત્તેજના નજીક આવે છે ત્યારે ફોટોઆબ્સોર્પ્શન સિગ્નલ ટોચ ધરાવે છે. તે પછી એક ઓસિલેટરી ઘટક આવે છે જે ઇલેક્ટ્રોન તરંગના તે ભાગના જોડાણમાંથી ઉદ્દભવે છે જે માધ્યમ દ્વારા વિખેરાઈ જાય પછી કેન્દ્રીય આયનીકૃત અણુ તરફ પાછું વળે છે, જ્યાં તે દ્વિધ્રુવીય સંચાલક, એમ. આઈ. દ્વારા પ્રારંભિક સ્થિતિમાં જોડાય છે. kRj>> 1 માટે સિંગલ-સ્કેટરિંગ અને સ્મોલ-અણુ અંદાજ ધારીએ તો, જ્યાં Rj એ કેન્દ્રીય ઉત્તેજિત પરમાણુથી પડોશીઓના jth શેલ વચ્ચેનું અંતર છે અને k એ ફોટોઇલેક્ટ્રોન વેવ વેક્ટર છે, જ્યાં γωT એ શોષણ ધાર ઊર્જા છે અને Vo એ વિનિમય અને સહસંબંધ સાથે સંકળાયેલ ઘનની આંતરિક ક્ષમતા છે, ફોટોઆબ્સોર્પ્શન ક્રોસ સેક્શન (K-શેલ ઉત્તેજના માટે) ના ઓસિલેટરી ઘટક માટે નીચેની અભિવ્યક્તિ પ્રાપ્ત થાય છેઃ જ્યાં આંશિક તરંગ તબક્કા-શિફ્ટ્સ સાથે આંશિક તરંગ વિસ્તરણમાં અણુ સ્કેટરિંગ પરિબળ δl એ Pl (x) દ્વારા આપવામાં આવે છે તે lth લીજેન્ડ્રે બહુપદી છે, γ એ એક ક્ષીણન ગુણાંક છે, એક્સપો. EXAFS-Auger નો સમાવેશ લાક્ષણિકતા WαXY ઑગર લાઇનની ઊર્જા સાથે ડિટેક્ટર પર પહોંચતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા (જ્યાં Wα એ તત્વ α નું શોષણ ધાર કોર-સ્તર છે, જેના પર ઇન્સિડેન્ટ એક્સ-રે લાઇન ટ્યુન કરવામાં આવી છે) ને આ રીતે લખી શકાય છે કે જ્યાં NB (ꯘꯥω) એ બેકગ્રાઉન્ડ સિગ્નલ છે અને તે ઑગર સિગ્નલ છે જેમાં આપણને રસ છે, જ્યાં WαXY ઑગર સંક્રમણ દ્વારા ઉત્તેજિત અણુ ક્ષીણ થવાની સંભાવના છે, ρα (z) એ તત્વ α ની ઊંડાઈ z પર પરમાણુ સાંદ્રતા છે, λ (WαXY) એ WαXY ઑગર ઇલેક્ટ્રોન માટે સરેરાશ મુક્ત માર્ગ છે, θ એ કોણ છે. ફોટોઆબ્સોર્પ્શન સંભાવના તરીકે, તે એકમાત્ર શબ્દ છે જે ફોટોન ઊર્જા પર આધારિત છે, ઊર્જાના કાર્ય તરીકે તેમાંના ઓસિલેશન ફોટોનમાં સમાન ઓસિલેશનને જન્મ આપશે. નોંધો સંદર્ભો સ્ટોહ્ર, જે. (1988) "સેક્સાફ્સઃ દરેક વસ્તુ જે તમે હંમેશા સેક્સાફ્સ વિશે જાણવા માંગતા હતા પરંતુ પૂછવામાં ડરતા હતા", એક્સ-રે એબ્સોર્પ્શનમાંઃ સિદ્ધાંતો, એપ્લિકેશનો, EXAFS ની તકનીકો, સેક્સાફ્સ અને XANES, સંપાદનો. ડી. કોનિંગ્સબર્ગર અને આર. પ્રિન્સ, વિલી, 1988 બાહ્ય કડીઓ SEXAFS એક્સ-રે શોષણ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી વિશે વિગતો