広域X線吸収微細構造のソースを表示

{{出典の明記|date=2017-11-23}}
[[File:NEXAFS EXAFS schematic.svg|thumb|300px|エックス線吸収スペクトルの例。横軸はエックス線のエネルギー（吸収端をゼロとする）、縦軸はエックス線の吸収量である。]]

'''広域X線吸収微細構造''' (Extended X-ray Absorption Fine Structure) とは[[X線吸収スペクトル]]において、吸収端から高エネルギー側に 1000eV 程度までの領域に見られる構造を呼ぶ。通常、'''EXAFS'''（イグザフス）と略される。

XANESよりも高いエネルギー領域では、励起された内殻電子がX線吸収原子から放出される（[[光電子]]）。放出された光電子は隣接する原子により[[散乱]]され（→[[散乱理論]]）、光電子とその散乱波との[[干渉 (物理学)|干渉]]により、内殻電子の励起確率、すなわちX線吸収係数が変化する。EXAFS領域における振動構造はこの効果による。

== EXAFS基本公式 ==
一回散乱（隣接する1つの原子による散乱）のEXAFSの基本公式を以下に示す。
:<math>\chi(k) = \frac{\mu(E) - \mu_0(E)}{\mu_0(E_0)} = S^2_0 \sum_{i=1}^J \frac{F_{eff,i}(k) N_i}{k R_i^2} \sin(2kR_i+2\delta_l(k)) e^{-2k^2\sigma_i^2} </math>
ここで<math>\chi</math>はEXAFS振動関数、<math>\mu</math>は吸収係数、<math>\mu_0</math>は孤立原子の[[吸収係数]]、<math>S^2_0</math>は[[多体効果]]を表す因子、<math>F_{eff,i}</math>は後方散乱因子、<math>N_i</math>は[[配位数]]、<math>k</math>は波数、<math>R_i</math>は配位距離、<math>\delta_l</math>は[[位相シフト]]、<math>\sigma_i</math>は[[デバイ‐ワラー因子]]である。

この公式は以下のような仮定により導かれる<ref>石井忠男『EXAFSの基礎―広域X線吸収微細構造』1994年、裳華房{{要ページ番号|date=2017-11-23}}</ref>。
* [[一光子吸収]]近似。つまり光の[[ベクトルポテンシャル]]は小さいとしてAの一次のみ考慮する。
* [[電気双極子近似]]。つまり内殻電子の広がりは入射光の波長より十分に短い。
* 一電子散乱近似。つまり電子の原子散乱は、他の電子に関係なく独立して行われる。
* 励起電子のエネルギーは十分に高い。
* [[マフィンティンポテンシャル]]によって電子は散乱される。
* [[平面波近似]]。つまり散乱原子のポテンシャル領域が、最近接原子間距離に対して十分に小さい時、散乱は平面波によって行われる。

== EXAFSの解析 ==
EXAFS を解析することでX線吸収原子に隣接する原子の位置などの情報が得られる。このことは[[ラルフ・クローニッヒ]]によって発見されたため、EXAFS の構造はかつては'''クローニッヒ構造''' ("Kronig structure") と呼ばれた。

実験で得られた<math>\chi(k)</math>はさまざまなシェルの寄与を含んでいるため、まず[[k空間]]から[[R空間]]に[[フーリエ変換]]し動径構造関数を得る。そして必要な範囲のみを逆フーリエ変換することで得られた<math>\chi'(k)</math>から目的とするシェルの構造パラメータを求める。フィッティングには後方散乱因子と位相シフトの理論値が必要となる。それぞれの値は、歴史的にはTeoとLeeが[[平面波近似]]によって、McKaleが部分的な[[球面波近似]]によって求めている。しかし、XAFSの国際会議「IXSレポート」では[[球面波]]を用いた[[FEFF]]による理論値を推奨している。

== 参考文献 ==
<references/>
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[[Category:物質科学]]
[[Category:物性物理学]]
[[Category:環境化学]]
[[Category:X線]]