Moderní experimentální metody
Rentgenová a elektronová spektroskopie I
Spektroskopie absorpční hrany rtg záření
● Principy, experimentální realizace
● Metody: XANES, EXAFS
● Postupy vyhodnocení dat, příklady
● Magnetismus – XMCD
● RIXS
Moderní experimentální metody
Rentgenová a elektronová spektroskopie II
Anomální rtg difrakce
● Kramersovy-Kronigovy relace
● Anomální difrakce – principy, použití
● DAFS
Flurescenční spektroskopie
● Spektroskopie charakteristického záření (XRF, EDS, WDS)
● Kvalitativní a kvantitativní analýza
● TRXRF
● Fluorescence ve stojaté vlně (SW-XRF) – rtg reflexe, difrakce
Moderní experimentální metody
Rentgenová a elektronová spektroskopie III
Fotoelektronová spektroskopie
● Fotoelektronová spektroskopie (XPS) a spektroskopie Augerových
elektronů (AES)
● Úhlově rozlišená fotoelektronová spektroskopie (ARPES)
● Experimentální aspekty
● Zdroje: ARPES, ARUPS
● Detektory
● Příprava vzorků
Absorpce rtg záření
Ionizace hluboké elektronové hladiny – absorpční hrana.
Závislost absorpce na vlnové délce pro olovo (Z=82).
Empirická závislost absorpce na energii
mimo absorpční hranu:
XAFS
Rentgenová absorpční spektroskopie jemné struktury
X-ray absorption fine structure – XAFS
Extended x-ray absorption fine structure – EXAFS
Near-edge x-ray absorption fine structure – NEXAFS
X-ray absorption near-edge structure – XANES
XAFS
Rentgenová absorpční spektroskopie jemné struktury
Uspořádání experimentu ESRF BM26A
XAFS
Rentgenová absorpční spektroskopie jemné struktury
Uspořádání experimentu
Electron yield measurement
XAFS
Rentgenová absorpční spektroskopie jemné struktury
XAFS
Rentgenová absorpční spektroskopie jemné struktury
XANES
Profil absorpční hrany závisí na chemickém stavu atomu. Nutný
kvantově-mechanický výpočet.
Přechod z hluboké hladiny do volných stavů nad Fermiho mezí.
Příklad pro železo v různých chemických stavech.
EXAFS
Jemná struktura okolí absorpční hrany – určení poloh nejbližších
atomů.
Propustnost
Normovaná absorpce
EXAFS
Vlnový vektor
excitovaného elektronu
Příspěvek jednoho atomu ve vzdálenosti R
Celková amplitude středovaná přes polohy a typ sousedů
Závislost úměrná R-2
– citlivé maximálně na třetí nejbližší sousedy.
EXAFS
Příspěvek jednoho atomu ve vzdálenosti R
Celková amplitude středovaná přes polohy a typ sousedů
Závislost úměrná R-2
– citlivé maximálně na třetí nejbližší sousedy.
EXAFS
EXAFS
Normovaný koeficient absorpce pro měď.
Měření čárkovaně, simulace plnou čarou.
EXAFS
Fe-O data
EXAFS + XANES analytický software
● FEFF
● FDMNES
● Demeter (Bruce Ravel):
● Athena
● Artemis
● Hephaestus
EXAFS
Mn in BiTe
EXAFS
Mn in BiTe
EXAFS
Mn in BiTe
XMCD
Absorpce na hladinách s orbitálním momentem
Povrchově citlivé,
Prvkově citlivé
Asymmetry A=(I+
-I-
)/(I+
+I-
)
XMCD
Absorpce na hladinách s nenulovým orbitálním momentem (vyšší než K)
XMCD
XMCD
XMCD
XMCD
XMCD
Generace polarizovaného rtg záření
XMCD
Generace
polarizovaného rtg
záření
XMCD
Lineární polarizátor pro
rtg záření
Case (1): P-Polarisation in plane of scattering, P = cos2
2θ
Case (2): S-Polarisation perpendicular to plane of scattering, P = 1
“Brewsterův úhel” = 45 stupňů
XMCD
Generace polarizovaného rtg záření
Difrakční křivka Si 004, Cu K alfa, 2theta=69.5 deg
XMCD
Generace polarizovaného rtg záření
“čtvrtvlnná destička”
XMCD
Electron yield
XMCD
XMCD
XMCD Mn in Bi2Se3
XMCD
RIXS
Rezonanční neelastický rtg rozptyl – rezonanční “Ramanův” rozptyl
Výhoda Rtg proti VIS – směrové rozlišení, možnost pokrytí celé
Brillouinovy zóny
Nevýhoda – slabší jevy, experimentální obtížnost energiového
rozlišení
Rezonance –
Silné zesílení jevu
RIXS
Elementary excitations in condensed matter systems
that can be measured by RIXS. The indicated energy
scales are the ones relevant for transition metal
oxides.
RIXS
RIXS
Cu L3 RIXS results of La2CuO4. The peak
dispersion curve was extracted from the raw
data (left panel) corresponding to the given
dots in the Brillouin zone.
L. Braicovich (a), L.J.P. Ament (b), V. Bisogni (c), F. Forte (b,d), C. Aruta (e), G. Balestrino (f),
N.B. Brookes (c), G.M. De Luca (e), P.G. Medaglia (f), F. Miletto Granozio (e), M. Radovic (e),
M. Salluzzo (e), J. van den Brink (b,g), and G. Ghiringhelli (a), arXiv:0807:1140v1, (2008).
RIXS
Bodové rtg detektory
● Ionizační
● Geiger-Müller – vysoké napětí, Townsendova lavina
●
Proporcionální – nižší napětí, rozlišení > 20 % (> 103
eV)
Bodové rtg detektory
●
Scintilační – rozlišení 5 až 10 % (103
eV)
NaI(Tl) – od 6keV účinnost téměř 100%
Emise 410 nm – 3eV
● Polovodičové
– rozlišení až 2 % (101
- 102
eV)
Si, Ge
Polovodičové rtg detektory
Lineární rtg detektory
● Plynové – ionizační, malý dynamický rozsah (50 kcps),
● Polovodičové – velký dynamický rozsah
Plošné rtg detektory
● Plynové - ionizační
● CCD - rozlišení cca (50μm)2
● Film - rozlišení cca (1μm)2
, nelineární, velmi pomalé
● Luminiscenční (“Image plate”) - rozlišení cca (10μm)2
, velké plochy
rychlost 1 snímek cca 3 až 10 minut.
● Scintilační - rozlišení až cca (3μm)2
, malá kvantová výtěžnost (tenký
scintilátor)
● Polovodičové
Rtg detektory