1. HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ Fizik Mühendisliği Fiz-458 Uygulamalı X-Işınları GENİŞLETİLMİŞ X-IŞINI SOĞURMA İNCEYAPI SPEKTROSKOPİSİ “ EXAFS ” TEVFİK YILMAZ DOĞAN 20119597 MURAT ÇAYDAŞİ 20219494 31.03.2011

2. İçerik * XAFS ve EXAFS tanımlar * Çözümlemeler * Kullanılan yaklaşımlar * MnS Yapı incelemesi * Çalışma ortamı

6. EXAFS bölgesi , Soğurma atomundan ayrılan elektronun en yakın komşu atomlarından saçılması sonucu dalga fonksiyonundaki (giden ve gelen) girişimler ile oluşan dalgalanmalardır. Dışarı gönderilen dalgaboyuna sahip fotoelektronun küresel dalga fonksiyonu, şeklindedir.

7. Faz Kayması , EXAFS bölgesinde gözlenen salınımların kaynağı, dışarı giden dalga ve geri saçılan dalgalar (elektrona eşlik eden de Broglie dalgaraı) arasındaki etkileşimler sonucu oluşan girişimlerdir. Yapıcı girişim, bir soğurma spektrumunda ana soğurum kenarı ardından gelen bölgesel maksimum alanlardır. Yıkıcı girişimde de bu olay tam tersi olacaktır.

8. Yapıcı ve yıkıcı girişim

9. Tekli ve Çoklu Saçılmalar ,

10. Bazı Yaklaşımlar 1. Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı, 2. Fermi Alt ı n K ural ı, 3. Normalizasyon, 4. Isısal Etki “ Debye-Waller Faktörü ” 5. Fourier Dönüşüm ü Atom ve iyonun saç ı lma süreci potansiyeline ba ğ l ı d ı r. Bu potansiyeller, sonlu yar ı çaplarda örtü ş meyen küresel saç ı lma bölgelerine sahiptir. Bu potansiyellerin katk ı s ı , ş eklinde yaz ı l ı r.

11. 1. Küresel Muffin-tin potansiyel yaklaşımı, Benzer muffin-tin potansiyeli V içinde yay ı lan bir fotoelektronun hamiltoniyeni, esitli ğ i ile belirlenir. Burada, H 0 kinetik enerji operatörüdür. , E enerjideki sabit çözüm olmak üzere, y az ı labilir.

12. 2. Fermi Alt ı n K ural ı, EXAFS, soğurma spekturumunun enerjiye bağımlılığının bir ölçümüdür. X-Işını bir atom tarafından soğurulduğunda iki kuantum durumu arasında bir geçiş olmaktadır. Burada herhangi bir kom ş u atom olmadan tek bir atomun so ğ urma katsay ı s ı d ı r. yaln ı zca so ğ uran atoma ba ğ l ı olan bir de ğ erdir . bir x- ışı n ı n ı ve b i r temel elektron seviyesinin bulundu ğ u . ilk durumu ( H etkilesim terimi ) , bir taban de ş ik ve fotoelektron seviyesini yani e tkile ş menin . son durumu nu temsil etmektedir.

13. 3. Normalizasyon, EXAFS hesaplarında soğurma tesir kesiti için atomik soğurma katsayısı, ile normalize edilir. Soğurma köşesinin üstündeki enerjiler için, bu normalize saçılma fonksiyonu ile gösterilir. Burada , E 0 e ş ik enerjisinde so ğ urmas ı ndaki sı çraman ı n ö lçüsüdür. EXAFS e ş itli ğ i giden ve geri saçilan dalgalar ı n giri ş imine ba ğlı olarak yaz ı l ı rsa,

14. Kabuller , * Soğurma atomundan ayrılan elektronun dalga fonksiyonu küresel . dalgadır. * Çoklu saçılmalar ihmal edilip tekli saçılmalar kullanılacaktır. 4. Isısal Etki ( Debye-Waller Faktörü ) Numunenin ısıtılması, ortamın ısısal enerji etkileşimleri nedeniyle fotoeketron dalgaları ve saçılan dalgaların girişim şiddetlerinin azalmasına neden olur. Bütün ısısal katkıların ortalama sonucu olarak yazılır.

15. 5. Fourier Dönüşümü En yakın komşu at o mun bulunabilmesi için ve K-uzayından R-gerçek uzayına geçişin sağlanabilmesi için; denklemi kullanılarak Fourier dönüşümleri yapılır.

16. Toparlama ve Örnek XAFS ölçümleri, elektronik yapı araştırmalarında, bağlanma, valans durumları, katalitik özellikler, yörünge ve atomik konfigürasyonlar hakkında bilgi edinmede kullanılan bir yöntemdir. EXAFS, d ış ar ı do ğ ru giden elektronlar ı n kom ş u atomlardan tekli sa çı lmalar ı n ı içerir. EXAFS bölgesi, so ğ urma atomundan ayr ı lan elektronun en yak ı n kom ş u atomlardan saç ı lmas ı yla dalga fonksiyonundaki (gelen ve giden dalga) giri ş imler sonucunda olu ş ur. EXAFS bölgesi incelenerek ; * kom ş u atomun konumu hakk ı nda bilgi elde edilir , * atomlar aras ı uzakl ı klar ı , * koordinasyon say ı lar ı , * çevredeki so ğ urma atomlar ı n ı n özelli ğ i , * bölgesel atomik yap ı hakk ı nda ayr ıntılı inceleme yap ı labilir . Yöntemin özel ilgi alan ı kristal yap ı daki maddelerdir.

17. Varılacak nokta

18. K ristal yap ı daki mangan sülfür ince filmlerinin yap ı s ı Mangan, (Mn) sembolüyle periyodik cetvelde 3d geçi ş metalleri grubu içinde yer al ı r. Atom numarasi 25 ve elektronik düzeni [ [Ar] 3d 5 4s 2 ] seklinde olan Mn, dolmam ış 3d yörüngesinde nötr halde 5 de ğ erlik elektronuna sahiptir. “ Atomik yarıçapı= 1.79 Å” Mangan Sülfür ( MnS ) ince filmleri veya tozlar ı de ğ i ş ik kristal yap ı lardan olu ş ur.

19. 1. S af sülfürün ve γ -MnS yap ı s ın daki Sülfür anyonunun K-kenarlar ı na uyar ı m so ğ urumlar ı

20. 2. γ - MnS b ilesi ğ inden salınan fotoelektronların saç ı lma sinyalleri

21. 3. Saç ı lma ş iddetinin enerjisi artt ı r ı larak a ğı r atomlar ı n etkile ş meleri daha bask ı n hale gelir.

22. 4. Fourier dönü ş ümü yap ı lan EXAFS saç ı lma grafi ğ i Mn-S ba ğ uzakl ığı : 2,435 Å Mn-Mn ba ğ uzakl ığı : 3.224 Å

23. EXAFS LAB. Çalışma Ortamı

24. Kaynaklar DOKTORA TEZİ-O.M.ÖZKENDIR - MnS, ZnO VE SnO2 İ NCE F İ LMLER İ N ELEKTRON İ K YAPISININ X-I Ş INI SO Ğ URMA SPEKTROSKOP İ S İ İ LE İ NCELENMES İ YÜKSEK LİSANS TEZİ-A.BOZDUMAN-KOBALT İNCE FİLMLERİNİN X-IŞINI SOĞURMA SPEKTROSKOPİSİ İLE İNCELENMESİ Web Sayfaları: http://www.aps.anl.gov/Sectors/Sector9/Science/Programs/exafs/index.html Ders 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 E x periments and Theory http://www.slideshare.net/group/xray2011

25. Dinlediğiniz için teşekkürler TEVFİK YILMAZ DOĞAN 20119597 MURAT ÇAYDAŞİ 20219494