샆스 (XAFS, X-ray Absorption Fine Structure)는
물질에 엑스선을 쪼이면, 물질을 구성하는 원자 내에 갇힌
전자가 엑스선을 흡수하고 다른 에너지 상태로 전이하는 현상을 말하며,
쪼여주는 엑스선 에너지의 함수로 측정된 흡수계수 스펙트럼인 (옆의 위 그림 참조)
샆스로부터 엑스선을 흡수하는 원자의 화학적 특성과,
그 원소 주위 한곳 구조에 (local structure) 관한 정보를 얻을 수 있다.
샆스는 옆의 위 그림에서 보여주는 것처럼 두 부분으로
나누어서 이해할 수 있는데, 엑스선 흡수문턱 근처의 젠스(XANES, X-ray Absorption
Near Edge Structure)와 흡수문턱 근처 엑스선 에너지 보다 높은 에너지
영역에서 측정된 엑스선 흡수 계수 스펙트럼인 엑샆스 (EXAFS, Extended
X-ray Absorption Fine Structure)이다. 젠스는 엑스선 흡수문턱 근처에서
측정됨으로 원자의 산화수와 한곳 구조에 (local structure) 관한 정보를
제공하며,엑샆스는 주위에 분포한 원자들에 의하여 결정됨으로 한곳 구조의
특성 즉, 결합거리, 결합거리 무질서, 주위에 위치한 원자의 수와 종류를
결정할 수 있다.
젠스는 흡수문턱 근처의 엑스선 흡수 스펙트럼이다. 엑스선 흡수문턱 근처
에너지에 해당되는 에너지를 가진 엑스선을 쪼이면 원자 내 전자는 엑스선을
흡수하고 원자의 최외각 전자 에너지 준위의 빈자리로 전이하거나, 원자가
다른 원자와 결합함으로써 변형된 전자의 에너지 준위의 빈자리로 전이하며,
또한 원자 밖의 다른 에너지 상태로 전이한다. 따라서 젠스는 엑스선을 흡수
하는 원자의 최외각 전자 에너지 준위 상태 즉 화학적 특성과 결합된 주위
원자의 구조적 특성에 관한 정보를 제공할 수 있다.
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엑샆스는 엑스선을 흡수하는 원자와 결합하고 있는 주위 원자들에 의하여 만들어진다. 원자내에
갇힌 전자의 이온화 에너지 보다 큰 에너지를 가진 엑스선을 원자에 쪼이면, 전자는 엑스선을
흡수하고 원자를 벗어나서 빛전자가 (photoelectron) 되어 물질 내에서 운동하게 된다 (위 삽입
그림 참조). 빛전자가 물질 속에서 운동하다가 주위의 다른 원자에 의하여 되튀김 되면, 그 중
일부가 원래 원자로 돌아와서 엑스선을 흡수하고 나가는 빛전자와 서로 간섭하여 엑스선 흡수에
영향을 미치게 되는데 이것을 엑샆스 라고 한다 (위 그림에서 작은 진동 부분). 쪼여주는 엑스선의
함수로 측정된 엑샆스 스펙트럼으로부터 엑스선을 흡수한 원자 주위에 위치한 다른 원자들에 대한
정보를 얻을 수 있다. 옆의 아래 그림은 엑샆스를 퓨리에 변환한 것으로 원점에 엑스선을 흡수하는
원자가 위치하며, 첫 봉우리는 가장 가까이 위치하는 원자를, 두 번째, 세 번째 봉우리는 두 번째,
세 번째 가까이 위치하는 원자를 나타낸다. 즉 옆 아래 삽입된 그림과 같은 구조를 가진 결정체에서
청색 원자 주위의 한곳 구조와 일치한다. 측정된 엑샆스에 엑샆스 이론을 이용하여 맞추어보기를
(fitting) 하면, 한 곳 구조에 관한 정량적인 값을 얻을 수 있다.
샆스는 결정체, 비정질, 박막, 나노구조, 분말뿐만 아니라, 액체 및 기체 상태의 물질에도 적용
가능하며, 혼합물, 묽은 시료 및 in-situ 연구에도 매우 유용하게 적용될 수 있는 기법이다.
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