Главная » 2014 » Сентябрь » 21 » Скачать Фурье анализ рентгеновских спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности в задачах определения локальной бесплатно
1:38 AM
Скачать Фурье анализ рентгеновских спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности в задачах определения локальной бесплатно
Фурье анализ рентгеновских спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности в задачах определения локальной атомной структуры аморфных и неупорядоченных соединений
Диссертация
Автор: Авакян, Леон Александрович
Название: Фурье анализ рентгеновских спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности в задачах определения локальной атомной структуры аморфных и неупорядоченных соединений
Справка: Авакян, Леон Александрович. Фурье анализ рентгеновских спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности в задачах определения локальной атомной структуры аморфных и неупорядоченных соединений : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 / Авакян Леон Александрович; [Место защиты: Юж. федер. ун-т] Ростов-на-Дону, 2009 106 c. : 61 09-1/446
Объем: 106 стр.
Информация: Ростов-на-Дону, 2009
Содержание:
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1 Методика выделения факторизованной "атомной" части из экспериментальных K-XANES спектров
11 Существующие методики получения факторизованной "атомной" части для протяженной (EXAFS) области спектра поглощения
12 Предлагаемая методика выделения "атомной" части сечения поглощения из околопороговой области экспериментального спектра поглощения
13 Тестирование методики
131 Тестирование с помощью модельных функций
132 Применение методики к Fe K-XANES спектрам Fe-содержащих сульфатных растворов
133 Применение метода к Al K-XANES спектрам Берлинита и Na-морденита
14 Выводы
ГЛАВА 2 Разрешение межатомных расстояний с помощью Фурье-анализа рентгеновских спектров поглощения малой энергетической протяженности
21 Предел частотного разрешения для модельных сигналов конечной протяженности
211 Предел частотного разрешения при Фурье-преобразовании сигнала
212 Численный эксперимент по установлению применимости пределов разрешения двух близких межатомных расстояний
22 Разрешение межатомных расстояний в методе рентгеновской абсорбционной спектроскопии при определении локальных структурных искажений
23 Разрешение As-In расстояний при определении локальных структурных искажений в кристалле InAs под давлением с помощью As K-XAS спектров
231 InAs под давлением 04 ГПа
232 InAs под давлением ГПа
24 Выводы
ГЛАВА 3 Анализ Si K-XANES спектров цеолитов beta, морденита и фаясита
31 Расчет K-XANES спектров поглощения Si некоторых цеолитов
311 Si K-XANES спектр Beta-цеолита, морденита и фаясита
312 Анализ изменений Si K-XANES спектра Beta-цеолита с увеличением содержания алюминия
32 Фурье-анализ Si K-XANES спектров Beta-цеолитов с различным содержанием алюминия
321 Фурье-анализ Beta-цеолита с низким содержанием алюминия (Si/Al = 100)
322 Фурье-анализ Beta-цеолита с отношением Si/Al =
33 Выводы
Введение:
Актуальность темы.Атомная и электронная структура материалов, находящихся в изменяющихся внешних условиях, претерпевает ряд изменений, проявляющихся в реорганизации поверхности, фазовых переходах, структурных искажениях, переменой валентности атомов. Для понимания поведения и свойств материалов в таких условиях требуется детальная информация о локальной атомной структуре и ее изменениях, которая может быть получена с помощью интенсивно развиваемых методов структурного анализа. К числу наиболее эффективных относится рентгеновская абсорбционная спектроскопия (X-ray absorption spectroscopy или XAS). Последние достижения в развитии методик экспериментальных измерений позволяют получать спектры поглощения при изменяющихся температурах, давлении, составе, однако, энергетическая протяженность таких спектров оказывается ограниченной областью < 150 эВ над краем поглощения атома.Для проведения структурных исследований с помощью таких спектров необходимо преодолеть ряд проблем, возникающих при применении метода традиционной обработки и Фурье-анализа экспериментальных спектров, разработанного для протяженной области рентгеновского поглощения (Extended X-ray absorption Fine Structure или EXAFS). К числу таких проблем относится определение факторизованной атомной части сечения рентгеновского поглощения в области малых энергий фотоэлектрона, используемой для выделения из околопороговой области экспериментального спектра функции, содержащей информацию о структуре ближнего окружения атома в соединении [1]. Другая проблема состоит в том, что, согласно существующему общему критерию частотного разрешения сигналов [4], предел разрешения двух близких межатомных расстояний в радиальном распределении атомов относительно поглощающего центра, при использовании столь коротких спектров, составляет 0.5 А. Такое ограничение не позволяет проводить количественные исследования структуры неупорядоченных и аморфных соединений с помощью спектров ограниченной энергетической протяженности, поскольку искажения атомных полиэдров, координирующих поглощающие центры, характеризуются набором межатомных расстояний, различия в которых, как правило, во много раз меньше представленной величины теоретического предела разрешения.Поэтому, осуществляемое в работе развитие метода рентгеновской абсорбционной спектроскопии, включающее разработку методики получения факторизованной атомной части сечения рентгеновского поглощения из околопороговой области экспериментального спектра, а также установление нового предела разрешения близких межатомных расстояний в рамках предлагаемой методики Фурье-анализа и оптимизации Фурье-образа вклада атомов, координирующих ионизируемый центр, является актуальной задачей физики конденсированного состояния.Целью настоящей работы является развитие методик обработки спектров рентгеновского поглощения, их Фурье-анализа и многопараметрической оптимизации вклада атомов, координирующих поглощающий центр, уточнение существующих ограничений на предел разрешения близких межатомных расстояний, что позволит проводить количественные исследования локальной атомной структуры аморфных и неупорядоченных материалов в изменяющихся условиях с помощью спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности.Еще одной целью работы является применение разрабатываемых б методик и установленного предела разрешения межатомных расстояний для определения структурных искажений: 1) в цеолитах при увеличении содержания алюминия с помощью Si K-XAS спектров; 2) в кристалле арсенида индия под давлением 11 ГПа с помощью As K-XAS спектров.В диссертации решены следующие задачи: 1. Разработана методика получения факторизованной "атомной" части сечения рентгеновского поглощения из экспериментальных спектров, позволяющая преодолеть трудности получения этой функции в области малых энергий над краем поглощения с помощью прямого расчета.2. Создан программный комплекс, реализующий предложенную методику получения факторизованной "атомной" части сечения рентгеновского поглощения из экспериментальных спектров. Методика и программный комплекс протестированы на примере ряда модельных функций, спектров соединений с известной по дифракционным данным структурой, и обеспечивают высокую точность определения параметров первой координационной сферы (0.01 А для межатомных расстояний и 5-7% для координационных чисел).3. Предложен способ уменьшения влияния погрешностей muffintin приближения и учета неупругих intrinsic потерь фотоионизации при расчете спектров рентгеновского поглощения, основанный на замене теоретической факторизованной атомной части сечения поглощения на соответствующую функцию, выделенную из экспериментального спектра по разработанной методике.4. Исследована применимость общего критерия для предела частотного разрешения сигналов в рамках рентгеновской абсорбционной спектроскопии при определении близких межатомных расстояний в окружении поглощающего центра с помощью Фурье-анализа XAS спектров ограниченной энергетической протяженности.5. Разработана методика Фурье-анализа XAS-спектров по малому интервалу волновых чисел фотоэлектрона (Ак < 4 А"1), позволяющая, при малости эффектов ангармонизма, идентифицировать реальную модель координационного окружения атома в соединении среди прочих альтернативных моделей. Установлен нижний предел разрешения межатомных расстояний в радиальном распределении атомов относительно поглощающего центра в найденной модели, который обеспечивается используемой методикой.6. Определены искажения локальной атомной структуры в кристалле арсенида индия под давлением 11 ГПа с помощью разработанной методики Фурье-анализа по малому к-интервалу, применяемой к As K-XAS спектрам.7. Установлено, что при увеличении содержания алюминия в J цеолитах имеют место структурные искажения в кислородном тетраэдре, координирующем атом кремния, при появлении алюминия в соседних к поглощающему центру тераэдрически координированных позициях.Научная новизна и практическая ценность диссертации определяются разработанной методикой выделения факторизованной атомной части сечения рентгеновского поглощения из околопороговой области экспериментального спектра, а также программным комплексом, реализующим предложенную методику и позволяющим проводить количественные исследования структуры неупорядоченных и аморфных соединений с помощью спектров поглощения ограниченной энергетической протяженности. Новыми и практически важными для определения искажений локальной атомной структуры соединений являются результаты исследования применимости существующих критериев и установление нового предела частотного разрешения сигналов в рамках XAS спектроскопии для идентификации близких межатомных расстояний с помощью Фурье-преобразования XAS-спектров и разработанной процедуры оптимизации вклада атомов первой координационной сферы. Использование полученных в диссертации результатов и применение разработанных методик к анализу XAS-спектров позволило впервые определить модель искажений локальной атомной структуры кристалла арсенида индия под давлением 11 ГПа, а также впервые установить наличие искажений в кислородном тетраэдре, координирующем атом кремния в Beta-цеолите при увеличении содержания алюминия до Si/Al =12.Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. Разработанная методика получения факторизованной "атомной" части сечения рентгеновского поглощения из околопороговой области экспериментального спектра позволяет: - уменьшить влияние погрешностей МТ приближения и неупругих intrinsic потерь фотоионизации на рассчитываемый спектр; - определять структурные параметры координационного окружения поглощающего атома с помощью Фурье-анализа спектров малой энергетической протяженности.2. Процедура оптимизации, использующая форму целевой функции, аналогичную форме исследуемого сигнала, позволяет идентифицировать модель искажений локальной атомной структуры, в которой радиальное распределение координирующих атомов относительно поглощающего центра характеризуется разницей межатомных расстояний 5R на порядок меньшей величины, устанавливаемой общим критерием разрешения 5R = 7с/(2Ак), где Дк - интервал волновых чисел экспериментального спектра.3. В кристалле арсенида индия под давлением 11 ГПа имеет место искажение локальной атомной структуры в решетке типа NaCl, при котором атом As координируется шестью атомами In, радиально распределенными относительно As согласно модели (1+4+1), с межатомными расстояниями R-As-in = 1.55 А (один атом), R-As-in = 1.74 А (четыре атома), R-As-in = 2.20 А (один атом).4. При увеличении содержания алюминия в цеолитах до Si/Al 15 атом алюминия появляется в соседних к атому кремния тетраэдрических позициях, что приводит к искажениям кислородного тетраэдра, координирующего атом Si.Апробация работы.Результаты работы были представлены на следующих отечественных и международных конференциях: 1. X Всероссийская Научная Конференция Студентов-Физиков (Москва, 2004).2. XI Всероссийская Научная Конференция Студентов-Физиков, (Екатеринбург, 2005).3. XIV Международная конференция по вакуумной физике ультрафиолетового излучения (Кэрн, Австралия, 2004).4. XIII Международная конференция по тонкой структуре рентгеновских спектров поглощения (XAFS-13) (Мальмо, Швеция, 2006).Личный вклад автора Представленные в диссертации результаты исследований получены лично автором или совместно с соавторами опубликованных работ.Постановка задачи исследований, анализ и обсуждение полученных результатов, формулировка основных выводов и положений, выносимых на защиту, осуществлялась совместно с научным руководителем.Публикации По теме диссертации опубликовано 9 статей в центральной и зарубежной печати и тезисы 5-и докладов на конференциях.Объём и структура работы Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения, изложена на 106 страницах печатного текста, включая 20 рисунков, 8 таблиц и библиографию из 73 наименований.
