X射线吸收光谱

X射线吸光谱（XAS）是一种广泛使用的技术，用于确定物质的局部几何和/或电子结构。 实验通常在同步加速器辐射设施中进行，这些设施提供强烈且可调谐的 X 射线束。 样品可以是气相、溶液或固体。

XAS 数据是通过使用晶体单色仪将光子能量调整到可以激发核心电子的范围 (0.1-100 keV) 来获得的。 边部分地根据激发的核心电子命名：主量子数 n = 1、2 和 3 分别对应于 K-、L- 和 M-边。 例如，1s 电子的激发发生在 K 边，而 2s 或 2p 电子的激发发生在 L 边（图 1）。

在 XAS 数据生成的光谱上发现了三个主要区域，这些区域随后被认为是独立的光谱技术（图 2）：

• 由向最低未占用状态的转变确定的吸收阈值：
• 金属中费米能级的状态具有反正切形状的上升沿；
• 绝缘体中具有洛伦兹线形的束缚核心激子（它们出现在边缘前区域，能量低于向最低未占据水平的跃迁）；
• X 射线吸收近边结构 (XANES)，于 1980 年和后来的 1983 年引入，也称为 NEXAFS（近边 X 射线吸收精细结构），其主要由核跃迁到准束缚态 ( 多散射共振）对于动能高于化学势 10 至 150 eV 的光电子，在分子光谱中称为形状共振，因为它们是由于短寿命的最终状态与 Fano 线形的连续体退化 . 在此范围内，强相关系统中的多电子激发和多体终态是相关的；
• 在光电子的高动能范围内，与相邻原子的散射截面较弱，吸收光谱以 EXAFS（扩展的 X 射线吸收精细结构）为主，其中射出的光电子的散射 相邻原子可以通过单个散射事件来近似。 1985年，表明多重散射理论可用于解释XANES和EXAFS； 因此，针对这两个区域的实验分析现在称为 XAFS。

XAS 是一种从核心初始状态开始的吸收光谱，具有明确的对称性； 因此，量子力学选择规则选择连续体中最终状态的对称性，这些最终状态通常是多种成分的混合。 xxx烈的特征是由于电偶极子允许跃迁（即 Δℓ = ± 1）到未占用的最终状态。 例如，K-edge xxx烈的特征是由于核从 1s → p-like 最终状态的转变，而 L3-edge xxx烈的特征是由于 2p → d-like 最终状态。

XAS 方法可大致分为四个可以给出相互补充结果的实验类别：金属 K-edge、金属 L-edge、配体 K-edge 和 EXAFS。

除了 X 射线吸收对比之外，映射异质样品的最明显方法是通过 X 射线荧光元素分析，类似于电子显微镜中的 EDX 方法。

XAS 是一种用于不同科学领域的技术，包括分子和凝聚态物理、材料科学与工程、化学、地球科学和生物学。 特别是，与 x 射线衍射相比，它对局部结构的独特敏感性已被用于研究：

• 无定形固体和液体系统
• 可靠的解决方案
• 电子掺杂和离子注入材料
• 晶格的局部扭曲
• 有机金属化合物
• 金属蛋白
• 金属簇