Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ             Fizik Mühendisliği    Fiz-458   Uygulamalı X-IşınlarıGENİŞLETİLMİŞ X-IŞINI SOĞURMA  İNC...
İçerik:   * XAFS ve EXAFS tanımlar,   * Çözümlemeler,   * Kullanılan yaklaşımlar,   * Toparlama ve bir örnek,   * MnS Yapı...
* Çözümlemeler:EXAFS bölgesinin oluşması sırasında, x-ışınları tarafından uyarılan fotoelektron soğurmaatomundan ayrılarak...
Saçılma ve saçılma yolları: Merkez atomun çevresindeki atomlar, dışarı doğru yayılanfotoelektronun saçılmasını engeller ve...
Benzer muffin-tin potansiyeli V içinde yayılan bir fotoelektronun hamiltoniyeni,esitliği ile belirlenir. Burada, H0 kineti...
4.Isısal Etki “Debye-Waller Faktörü”,Numunenin ısıtılması, ortamın ısısal enerji etkileşimleri nedeniyle fotoeketron dalga...
Mangan Sülfür (MnS) ince filmleri veya tozları değişik kristalyapılardan oluşur. Bizim inceleyeceğimiz yapı yandaki gibiol...
atomu x-isini soğurucusu ve fotoelektron yayıcısı olarak alınıp, diğer atomlar (Mn, S), saçıcıatom olarak seçildi. Soğuruc...
EXAFS hesaplarında, ağır atomlardan gelen sinyaller daha büyük şiddette saçılma genliğineneden olur. Fotoelektronlarin ağı...
Mn-S bağ uzaklığı : R1= 2,435 ÅMn-Mn bağ uzaklığı: R2= 3.224 ÅMn “Atomik yarıçapı”: R0= 1.79.. Å* Çalışma ortamı:         ...
* Kaynaklar:DOKTORA TEZİO.M.ÖZKENDIR - MnS, ZnO VE SnO2 İNCE FILMLERİN ELEKTRONİK YAPISININ X-IŞINI SOĞURMASPEKTROSKOPİSİ ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Exafs (genişletilmiş xışını sağurma inceyapı spektroskopisi) (pdf)

1,218 views

Published on

Published in: Education
  • /////////// slideshare SİTESİNİN UPLOADDAN SONRA SLAYTLARI YENİDEN DÜZENLEMESİNDEN DOLAYI, MALESEF SLAYTLARDA RASTGELE YANLIŞLIKLAR (TÜRKÇE KARAKTERLERDE, RESİMLERİN YERLERİNİN KAYMASINDA) OLMAKTADIR. //////////
    *slaytların tamamını indirmek isteyenler ;
    http://www.multiupload.com/NUA1G2G04Y
    .........iyi çalışmalar........
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • Be the first to like this

Exafs (genişletilmiş xışını sağurma inceyapı spektroskopisi) (pdf)

  1. 1. HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ Fizik Mühendisliği Fiz-458 Uygulamalı X-IşınlarıGENİŞLETİLMİŞ X-IŞINI SOĞURMA İNCEYAPI SPEKTROSKOPİSİ “EXAFS” TEVFİK YILMAZ DOĞAN 20119597 MURAT ÇAYDAŞİ 20219494 31.03.2011
  2. 2. İçerik: * XAFS ve EXAFS tanımlar, * Çözümlemeler, * Kullanılan yaklaşımlar, * Toparlama ve bir örnek, * MnS Yapı incelemesi, * Çalışma ortamı.* XAFS ve EXAFS tanımlar:XAFS: (X-ışını soğurma ince yapı spektroskopisi) Madde içinde seçilen bir elementinçekirdeğe yakın seviyelerinin bağlanma enerjilerinin biraz üstündeki enerjilerini nasılsoğurduğunu inceliyor.EXAFS: (Genişletilmiş x-ışını soğurma inceyapı spektroskopisi) Soğuran atomun komşuuzaklıklarına ve çevreleyen atom türlerine duyarlıdır.Nasıl oluşur? Soğurma atomundan ayrılan fotoelektronun, en yakın komuşu atomlarınpotansiyellerinden saçılması sonucu geri dönen dalga fonksiyonlarının girişimi ile oluşur.EXAFS bölgesine bakarak, komşu atomun yapısı ve atomlar arası uzaklıklar hakkında bilgielde edilebilir.XAS spektrumbölgeleri: genel olarak 4 kısma ayrılır, a) önkenar (E<En) (E: x-ışını demetinin enerjisi ve En:bağlanma enerjisi), b) yakın kenar (E = En ≈ 10eV), c) yakın kenar x-ışını inceyapısı, soğurma kenarından itibaren (10eV~50eV) aralığındaki bölge, d) genişletilmiş x-ışını inceyapısı, soğurma kenarından itibaren (510eV~1000eV) aralığındaki bölge. 2
  3. 3. * Çözümlemeler:EXAFS bölgesinin oluşması sırasında, x-ışınları tarafından uyarılan fotoelektron soğurmaatomundan ayrılarak en yakın komşu atoma bir dalga şeklinde hareket eder. Dışarıgönderilen fotoelektronun dalga özellikleri ve davranışları:1.a) Küresel dalga,1.b) Dalga sayısı,1.c) Dalgaboyu.2.a) Girişim(yapıcı-yıkıcı),2.b) Saçılma(tekli-çoklu).Girişim deseni: Fotoelektronun en yakın komşu atomdan geri saçılarak soğurma atomunageri dönebilir. Böylece dışarı doğru giden dalga ile geri saçılan dalga arasında girişim desenioluşur.Soğurma kenarından sonraki maksimum ve minimumlar yapıcı ve yıkıcı girişimlere karşılıkgelir. Bu dalgalar arasında faz farkı, dalgaboyunun tam katlarıysa yapıcı girişim görülecektir. 3
  4. 4. Saçılma ve saçılma yolları: Merkez atomun çevresindeki atomlar, dışarı doğru yayılanfotoelektronun saçılmasını engeller ve geri saçılıp merkez atoma dönmesine neden olur. Busaçılma yolları tekli, ikili, üçlü olabilir. Tekli saçılma yolları, katılar ve moleküllerde komşuatom uzaklıkları, yapısı ve atom numarası hakkında bilgi verir.a) Tekli saçılmada fotoelektronun aldığı yol (2R) (atomlar arası uzaklık),b) Çoklu saçılmalar, çevredeki iki ya da daha fazla atomdan fotoelektron saçılması olayıdır.* Kullanılan yaklaşımlar:1.Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı,2.Fermi Altın Kuralı,3.Normalizasyon,4.Isısal Etki “Debye-Waller Faktörü”,5.Fourier Dönüşümü.1.Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı,Atom ve iyonun saçılma süreci potansiyeline bağlıdır. Bu potansiyeller, sonlu yarıçaplardaörtüşmeyen küresel saçılma bölgelerine sahiptir. Bu potansiyellerin katkısı, toplamlarışeklinde yazılır. Küresel bölgelerin dışındaki ara bölgelerde potansiyel sıfır olarak seçilir. Buyaklaşım genellikle yoğun maddelerde tanımlanır ve muffin-tin yaklaşımı olarak bilinir. 4
  5. 5. Benzer muffin-tin potansiyeli V içinde yayılan bir fotoelektronun hamiltoniyeni,esitliği ile belirlenir. Burada, H0 kinetik enerji operatörüdür. , E enerjideki sabitçözüm olmak üzere, yazılabilir.2.Fermi Altın Kuralı,EXAFS, soğurma spekturumunun enerjiye bağımlılığının bir ölçümüdür. X-Işınıbir atom tarafından soğurulduğunda iki kuantum durumu arasında bir geçişolmaktadır.Burada herhangi bir komşu atom olmadan tek bir atomunsoğurma katsayısıdır. yalnızca soğuran atoma bağlı olan bir değerdir. Bir x-ışınını ve bir temel elektron seviyesinin bulunduğu ilk durumu (H etkileşim terimi), Bir taban deşik ve fotoelektron seviyesini yani etkileşmenin son durumunu temsil etmektedir.3.Normalizasyon,EXAFS hesaplarında soğurma tesir kesiti için atomik soğurma katsayısı,ile normalize edilir. Soğurma köşesinin üstündeki enerjiler için, bu normalize saçılmafonksiyonu ile gösterilir.Burada , E0 eşik enerjisinde soğurmasındaki sıçramanın ölçüsüdür.EXAFS esitligi giden ve geri saçilan dalgalarin girisimine bagli olarak yazilirsa,sonucuna ulaşılır.Kabuller, * Soğurma atomundan ayrılan elektronun dalga fonksiyonu küresel dalgadır. * Çoklu saçılmalar ihmal edilip tekli saçılmalar kullanılacaktır. 5
  6. 6. 4.Isısal Etki “Debye-Waller Faktörü”,Numunenin ısıtılması, ortamın ısısal enerji etkileşimleri nedeniyle fotoeketron dalgaları vesaçılan dalgaların girişim şiddetlerinin azalmasına neden olur. Bütün ısısal katkılarınortalama sonucu olarakyazılır.5.Fourier Dönüşümü,En yakın komşu atomun bulunabilmesi için ve K-uzayından R-gerçek uzayınageçişin sağlanabilmesi için;denklemi kullanılarak Fourier dönüşümleri yapılır.* Toparlama ve Örnek:XAFS ölçümleri, elektronik yapı araştırmalarında, bağlanma, valans durumları, katalitiközellikler, yörünge ve atomik konfigürasyonlar hakkında bilgi edinmede kullanılan biryöntemdir.EXAFS, dışarı doğru giden elektronların komşu atomlardan tekli saçılmalarını içerir.EXAFS bölgesi, soğurma atomundan ayrılan elektronun en yakın komşu atomlardansaçılmasıyla dalga fonksiyonundaki (gelen ve giden dalga) girişimler sonucunda oluşur.EXAFS bölgesi incelenerek; * komşu atomun konumu hakkında bilgi elde edilir, * atomlar arası uzaklıkları, * koordinasyon sayıları, * çevredeki soğurma atomlarının özelliği, * bölgesel atomik yapı hakkında ayrıntılı inceleme yapılabilir.Yöntemin özel ilgi alanı kristal yapıdaki maddelerdir.* Kristal yapıdaki mangan sülfür ince filmlerinin yapısı:Mangan, (Mn) sembolüyle periyodik cetvelde 3d geçiş metalleri grubu içinde yer alır. Atomnumarasi 25 ve elektronik düzeni [[Ar] 3d5 4s2] seklinde olan Mn, dolmamış 3d yörüngesindenötr halde 5 değerlik elektronuna sahiptir. “Atomik yarıçapı= 1.79 Å” dur. 6
  7. 7. Mangan Sülfür (MnS) ince filmleri veya tozları değişik kristalyapılardan oluşur. Bizim inceleyeceğimiz yapı yandaki gibiolucaktır. Wurtzite (bozuk altıgen) γ-MnS yapısı ise kapalıaltıgen yapıda olup, altıgen yapının alt ve üst düzlemlerininmerkezinde bulunan Mn atomunun düzlemden dışarı oturmasıbunun bozuk altıgen olarak adlandırılmasına neden olmuştur.Bu yapının EXAFS incelemesi, aşağıda (verilen şartlarda)deneysel olarak yapılan bir araştırmanın sonuçlarıylaanlatılmaya çalışılacaktır. (detay için bkz. kaynaklar)Grafik1. Saf sülfürün ve γ -MnS yapısındaki Sülfür anyonunun K-kenarlarına uyarımsoğurumlarıÖnkenar bölgesinin ardından gelen ana soğurum maksimumunun 2471.5 eV foton enerjisideğerinden itibaren yükseldiği hesaplandı. Bu hesap, Mn atomunun S ile bileşikoluşturmasına bağlı olarak dış seviye enerjilerinde meydana gelen kaymanın, aynı anda Satomunda da gerçekleştiğini gösterdi. γ -MnS yapısı içindeki S atomunun ana soğurummaksimumu, 1s elektronlarının 3p yörüngesinin, melez banda göre 3.7 eV daha yüksek birenerji seviyesine olan geçişe karşılık gelir.Grafik2. γ-MnS bilesiğinden salınan fotoelektronların saçılma sinyalleriγ -MnS ince filminin EXAFS hesabı, 300 oK sıcaklıkta ve bu sıcaklık için hesaplanan7,42x10-3 Å2 Debye-Waller faktörü değeri kullanılarak yapıldı. Burada Debye-Waller faktörüısısal etkiyi hesaba katmak için hesaplandı. EXAFS için kullanılan γ -MnS yapısında, bir Mn 7
  8. 8. atomu x-isini soğurucusu ve fotoelektron yayıcısı olarak alınıp, diğer atomlar (Mn, S), saçıcıatom olarak seçildi. Soğurucu atom orijinde, yani (0,0,0) uzay koordinatlarına yerleşmiş olup,diğer atomlar ise soğurucu atom etrafında yerleşmişlerdir. Hesaplarda kullanılan Mnatomunun sadece K-kabuğundaki elektronların varlığı dikkate alındı.Soğurucu Mn atomundan uyarılan K-elektronunun diğer komsu atomların potansiyellerindensaçılma şiddetini, ( ), gösteren grafik verilmiştir. Burada k ’ya bağlı saçılmaşiddeti, k ise dalga sayısıdır. K-kenarı üzerindeki soğurma katsayısının salınıcı kısmıile tanımlanır.Grafik3.Saçılma şiddetinin enerjisi arttırılarak ağır atomların etkileşmeleri daha baskın halegelir 8
  9. 9. EXAFS hesaplarında, ağır atomlardan gelen sinyaller daha büyük şiddette saçılma genliğineneden olur. Fotoelektronlarin ağır atomlardan saçılmalarını incelemek ve ağır atomlardansaçılmaları daha baskın hale getirmek için, saçılma şiddetinin değerleri, “k” dalga sayısınınkatları ile çarpılarak arttırılır. Bu sayede ağır atomların saçılma genlikleri hafif atomlara görebelirgin hale gelir. Bu fark grafik2’deki saçılma genliğinin k2 kati alınarak grafik3’degösterilmiştir.Grafik3’de ağır atomlara (Mn) ait sinyaller, graf,k2 ile kıyaslandığında şiddetlerindeki büyükartışlar belli olmaktadır. Hafif atomlardan (S) gelen sinyallerin şiddetlerinde ise çok küçük birdeğişme görülmektedir.Grafik4. Fourier dönüşümü yapılan EXAFS saçılma grafiğiSaçılma şiddetinin değerleri enerjiye bağlı olarak verilir. Atomik uzaysal koordinatları netbiçimde belirlemeye ihtiyaç vardır. Bunun için, (k) fonksiyonundan, Fourier dönüşümüyleenerji uzayından gerçek uzaya (R), geçilir. Fourier dönüşümü atomik koordinasyonları veözellikle yakın komşu atomların seçilen soğurucu atoma uzaklıklarını verir. Gragik2 vegrafik3’de gösterilen saçılmanın Fourier dönüşümü ile elde edilen radyan dağılımfonksiyonuna ait Sekil grafik4’de verilmiştir.Grafik4’de görülen maksimumlar, soğurucu atom etrafında bulunan atom veya atomdizilerinin (kabukların) uzaysal koordinasyonlarını vermektedir. Her bir maksimum,soğurucu atomdan ayni uzaklıkta bulunan aynı tür atom dizisinden gelen sinyallerinüst üste binmesiyle oluşur. Eğer farklı veya aynı tür atom dizilerinin uzaysalkoordinatları birbirlerine çok yakınsa, bu durumda aynı uzaklık noktasında geniş vedaha şiddetli bir maksimum meydana gelir.Bir maksimumun içerdiği atom türleri ve sayıları ancak EXAFS hesapları için üretilen saçılmayolları ile yapılacak kıyas (fit) yöntemiyle mümkündür. Bu yöntemde, EXAFS için hesaplananseçilme yolları (tekli, ikili, üçlü....) ile saçılma maksimumlarının uzaklıkları karsılaştırılır. Buşekilde hangi maksimumun, hangi atomdan, ne şekilde saçılmayı içerdiği belirlenir. Ayrıca,bazı maksimumlar birbirine çok yakin veya birkaç atom grubunun sinyallerin üst üste gelmesisonucu oluşur. Yine, bu yöntemle aynı maksimumun hangi atom gruplarının hangikoordinatlardan katkıda bulundukları belirlenir. Yapılan kıyas sayesinde hem atom grupları,hem de atomik uzaklıklar kesinlik kazanır.Bu bilgiler ışığında, γ -MnS yapısına ait ilk maksimumun Mn-S bağ uzaklığını verdiği tespitedilmiştir. Bu uzaklık R1=2,435 Å olarak hesaplanmıştır. İkinci maksimum ise Mn-Mnuzaklığını göstermektedir. Bu uzaklık, R2=3.224 Å olarak ölçülmüştür. Diğer maksimumlar isediğer atom kabuklarının uzaklığını göstermektedir.Burada maksimumun sona erdiği çukur nokta ile orijinin uzaklığı,atomik uzaklığı verir. Çünkü saçılma, atomun dışında, saçıcı atomunelektronlarının potansiyelinden meydana gelir. Bu da, saçılmanınbitiş noktasının atomun dış yörüngelerindeki uzaklığa denkgelmektedir. Bu nedenle atomik uzaklık olarak atomik saçılmamaksimumunun bitiş uzaklığı alınır. 9
  10. 10. Mn-S bağ uzaklığı : R1= 2,435 ÅMn-Mn bağ uzaklığı: R2= 3.224 ÅMn “Atomik yarıçapı”: R0= 1.79.. Å* Çalışma ortamı: 10
  11. 11. * Kaynaklar:DOKTORA TEZİO.M.ÖZKENDIR - MnS, ZnO VE SnO2 İNCE FILMLERİN ELEKTRONİK YAPISININ X-IŞINI SOĞURMASPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİYÜKSEK LİSANS TEZİA.BOZDUMAN - KOBALT İNCE FİLMLERİNİN X-IŞINI SOĞURMA SPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİWeb Sayfaları:http://www.aps.anl.gov/Sectors/Sector9/Science/Programs/exafs/index.htmlDers Notları:* Anatoly Frenkel- Size and Geometry of Nanoparticles,* J. Kas- Advances in Theory and Analysis of EXAFS.Kitaplar:* Introduction to XAFS - A Practical Guide to Xray Absorption Fine Structure Spectroscopy,* Bruce Ravel- Introduction to EXAFS Experiments and Theory. 11

×