Теория ориентационной и поляризационной зависимостей тонких структур рентгеновских спектров и ее применение для исследования атомного и электронного строения конденсированных сред

• Автор: Крайзман, Виктор Львович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 295 с.

Введение
ВВЕДЕНИЕ
Появление в последние 15-20 лет сильноточных накопителей электронов высоких энергий, которые являются высокоинтенсивными источниками рентгеновского излучения с непрерывным спектром и поляризацией от линейной до практически круговой, в зависимости от направления выхода излучения относительно плоскости орбиты электронов в накопителе, сделало возможным измерение энергетических зависимостей сечений разнообразных процессов взаимодействия рентгеновского излучения с веществом в широкой области изменения частот. Прогресс экспериментальной техники стимулировал создание ряда новых методов изучения атомной и электронной структур конденсированных сред и поверхностных слоев: анализ тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения (РСП) и отражения, измерение магнитного циркулярного дихроизма, дифракция в области аномального рассеяния рентгеновского излучения, спектры римановского рассеяния и т.п.
Во всех перечисленнных методах энергии квантов падающего
рентгеновского излучения (или величины энергий, переданных
образцу при рассеянии,) выбираются близкими к одному из порогов
ионизации исследуемых атомов, входящих в состав анализируемого
образеца. При этом взаимодействие излучения с веществом

Введение
приобретает существенно новые черты по сравнению со случаем, когда эти энергии далеки от порогов. В частности, атомный фактор рассеяния (АФР) в околопороговых областях (областях аномального рассеяния) может сильно зависеть от ближайшего окружения атома, на котором происходит рассеяние (или поглощение) рентгеновского кванта, и становится анизотропным тензором, если точечная группа симметрии окружения исследуемого атома отличается от кубической или тедраэдрической. Анизотропия АФР и его зависимость от окружения приводят к целому ряду физических эффектов: структурному (в отличие от магнитного) плеохроизму в рентгеновской части спектра, появлению “структурно запрещенных” рефлексов рентгеновской дифракции, резким энергетическим и поляризационным зависимостям интенсивностей дифракционных рефлексов, нетривиальной температурной зависимости интенсивности предкраевой тонкой структуры РСП, зависимости интенсивности рентгеновской дифракции не только от парной функции распределения атомов, но и от функций более высокого порядка и т. п.
К настоящему времени подробно изучена экспериментально лишь ориентационная зависимость РСП. Наличие развитой теории позволило эффективно использовать ориентационную зависимость

Введение
протяженной тонкой структуры РСП - EXAFS1 для исследования атомного строения объектов, для которых применение традиционных структурных дифракционных методов исследования по тем или иным причинам затруднено. В то же время очевидно, что отсутствие адекватной теории для остальных перечисленных выше методов сдерживает их развитие и применение, хотя, как будет показано в работе, с их помощью можно получить такую информацию, какую невозможно получить никаким из существующих структурных методов, включая EXAFS. В качестве примера можно упомянуть трехчастичную функцию распределения атомов в аморфных веществах. Последняя представляет интерес также для упорядоченных объектов - кристаллов или молекул. Дело в том, что в то время, как в случае кубической симметрии окружения знания радиусов координационных сфер, содержащихся в двухчастичной функции распределения, достаточно, чтобы восстановить атомную структуру вещества, при низкой симметрии окружения нужна информация об углах связей, содержащаяся в трехчастичной функции.
Необходимо отметить также, что анизотропия АФР в веществе всегда обусловлена низкой симметрией атомной
1 Мы сохраним англоязычную аббревиатуру EXAFS выражения extended x-ray absorbtion fine structure (протяженная тонкая структура рентгеновских спектров поглощения) ввиду ее широкого распространения в российской научной литературе. '

Глава I
сферы с номером п (в зависимости от выбора нормировки функций Rï(s,r) изменяется определение коэффициентов G.y, S’r парциальный сдвиг фазы рассеяния в этом же потенциале; / -орбитальный момент электронной волны; L=(l,m) YL(Or)-вещественная сферическая гармоника, Qr - угловые координаты вектора г.
Совместим начало отсчета энергии электрона е с уровнем среднего межатомного потенциала (muffin-tin типа), тогда волновое число электрона к связано с энергией обычным соотношением:
k—(2me)mlh.
Коэффициенты G™[,, которые иногда называют функцией Грина в представлении “номер атома - орбитальный момент”, определяются путем решения системы линейных алгебраических уравнений [35]:
Gnn" mi" , X-1 л'л" , . ч
LU' ~ SlL" + 2-à % LL' С Gl'L" (1-1 1 )
ri, i:
где t" - -e,s‘ sin ô" - парциальная t - матрица рассеяния на потенциале атома п, а
Æ = (кгш )Yl, (fi,_ )} Yl (£2, )Yl. (П, )У,,. (О,№(1.12)

двухцентровое разложение ФГ свободного электрона.