EXAFS

EXAFS, İngilizceden Extended X-ray Absorption Fine Structure, X ışını enerjisinin değişikliğine bağlı olarak soğurulmasında oluşan dalgalanmaları inceleyerek, soğurmayı yapan atomun etrafındaki bağ yapısını incelemeye yarayan deneysel bir yöntemdir.

EXAFS, X-ışını soğurma ince yapısı (XAFS) spektroskopisinin bir parçası olarak tanımlanabilir. XAFS, bir atomun çekirdek seviyesindeki bir elektronunun bağlanma enerjisine yakın ve üzerindeki enerjilerde bir atomun X-ışını soğurma olasılığının modülasyonudur. XAFS, üzerine gönderilen x-ışınını soğuran atomun kimyasal ve fiziksel durumundan kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla, ilgilenilen malzemenin koordinasyon kimyasına ve seçilen elementi hemen çevreleyen atomların mesafelerine, koordinasyon sayısına ve türlerine duyarlıdır.^[1] Bu duyarlılık nedeniyle, XAFS, seçilen bir atom türü için kimyasal durumu ve yerel atom yapısını belirlemenin pratik ve nispeten basit bir yolunu sağlar. XAFS tekniği için önemli bir nokta olarak, XAFS ölçümlerinin periyodik cetveldeki her elemente uygulanabileceği ve ölçülecek malzemenin kristal yapıda olma zorunluluğu olmadığını belirtmek gerekir. Deneyler sırasında maddeye uygulanan X-ışınları maddenin derinliklerine kadar girebilmesi nedeniyle, doğası gereği yüzeye duyarlı değildir, ancak yüzey hassasiyetini artırmak için özel ölçüm teknikleri uygulanabilir.

XAFS tekniği temelde Lambert-Beer prensibine göre uygulanır.^[2]

Malzeme içinde soğurucu olarak belirlenen atom üzerine gelen x-ışını, ilgili atomun yörüngelerinde dolanan bir elektronun bağ enerjisine eşit enerjiye sahipse uyarım gerçekleşir. Bu uyarım, malzemeye gelen x-ışının şiddetinin mazlemeden çıktıktan sonraki şiddetindeki azalmayla ortaya konur. Lambert-Beer prensibine uygun gerçekleşen etkileşme mekanizmasına göre, ilgilenilen atomların ne düzeyde x-ışını soğurdukları belirlenir. Gerçekleşen uyarım ile yaşanan elektronik süreçler XAFS spektrumu üzerinde soğurma kenarı adı verilen ve ilgilenilen atomun hangi elektronlarının uyarıldığının kimliğini ortaya koyan enerjilerde bir karakteristik tepe yapısı ortaya koyar. Soğurmanın yaklaşık 20 eV altı ile 70-80 eV üstüne kadar uzanan bu spektrum parçasına X-ışını soğurma yakın kenar spektroskopisi (XANES: X-ray Absorption Near-Edge Spectroscopy) adı verilir. XANES kısmı malzemenin elektronik yapısı, elektronik spin durumları, kimyasal bağ durumları vb. özellikleri hakkında dfetaylı bilgi sağlar.

XAFS spektrumunun 80-100 eV sonrasından 400-1000 eV kadar ötesine uzanan ve spektral dalagalanmaların bulunduğu kısma genişletilmiş XAFS yani EXAFS (Extended-XAFS) adı verilir. EXAFS (Genişletilmiş XAFS), çok çeşitli komşu atomların yerel periyodikliğini yansıtır. Bu nedenle, kristal yapının deneysel ve teorik XAFS spektrumlarını karşılaştırarak, atomik kusurlar etrafındaki yerel kristal yapı hakkında detaylı bilgi elde etmek mümkündür.^[3]

EXAFS spektrumunun kaynağı şudur: XAFS spektrumunun kuyruk kısmı, kaynak atomun ortamıyla ilgili bilgileri içerir. Kaynak atomun uyarılmış çekirdek elektronu, fazla enerjiyi komşu atomlar arasında seyahat etmek için kinetik enerji olarak kullanır. Fotoelektronların saçılması, XAFS spektrumlarının kuyruk kısmında dalgalanmalar yaratır. Fotoelektron saçılması, komşu atomların dış kabuk elektronları tarafından fotoelektron üzerine uygulanan itmenin bir sonucudur. Sonuç olarak, fotoelektron dalga vektörlerinin girişimi, spektrumların EXAFS bölgesinde dalgalanmalar yaratır; bu, girişim aynı fazda olduğunda pozitif ve girişim faz dışı olduğunda negatiftir. EXAFS bölgesindeki dalgalanmalar, soğuran kaynak atomun kristal yapı çevresi hakkında bilgiler taşır. Bu bilgiler enerji uzayındadır. Enerji uzayındaki bilgiler Fourier Dönüşümü ile gerçek uzaya geçirilirse, kaynak atoma komşu olan atomların uzaklıkları tespit edilebilir.^[4]