[論文レビュー] Improved self-absorption correction for fluorescence measurements of extended x-ray absorption fine-structure

Corwin H. Booth, F. Bridges|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2003

X-ray Spectroscopy and Fluorescence Analysis被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、蛍光モードEXAFSにおける自己吸収補正を、モデルに依存しないほぼ正確な方法で提示する。この方法は、試料の厚さと濃度を考慮し、補正項にEXAFSの揺動を保持することで実現される。放射線輸送から導かれたk空間補正式を用い、4.6 µmの銅箔を用いて実証したところ、補正後の蛍光データが透過データと非常に近い結果を示し、中程度の厚さの試料に対しても顕著な補正が行われることを示した。

ABSTRACT

Extended x-ray absorption fine-structure (EXAFS) data collected in the fluorescence mode are susceptible to an apparent amplitude reduction due to the self-absorption of the fluorescing photon by the sample before it reaches a detector. Previous treatments have made the simplifying assumption that the effect of the EXAFS on the correction term is negligible, and that the samples are in the thick limit. We present a nearly exact treatment that can be applied for any sample thickness or concentration, and retains the EXAFS oscillations in the correction term.

研究の動機と目的

• 蛍光EXAFS測定における自己吸収に起因する振幅低下という長年の問題に取り組む。
• 厚さや濃度に依存しない補正法を確立し、厚さの極限近似の制限を克服する。
• 補正項にEXAFSの揺動構造を完全に保持する。逆に、そのモodulationを無視できると仮定するのを避ける。
• 薄膜、単結晶、高濃度材料に対しても適用可能な、モデルに依存しないk空間における直接的補正を提供する。
• 4.6 µmの銅箔を用いた実験的検証により、その正確性と必要性を示す。

提案手法

• 放射線輸送を用いて、試料内に点光源としての蛍光強度を導出し、深さと放出経路にわたって幾何学的依存の吸収係数を統合する。
• エネルギー依存のEXAFS揺動を吸収係数に明示的に含む補正係数を導入し、そのモodulationが無視可能であると仮定するのを避ける。
• 測定されたχ_expと真のχとの関係を、全吸収係数と蛍光吸収係数、試料厚さdを含む導出式を用いて記述する。
• 小角度近似（χμ̄_a d / sinφ << 1）を適用し、χに関する解ける2次方程式に補正を簡略化する。
• 閉形式の補正式（式4）を導出し、厚さの極限および薄さの極限の状況に正しく還元されることを保証し、あらゆる領域で一貫性を持つ。
• 4.6 µmの銅箔におけるCu K-edgeで、補正後の蛍光EXAFSデータと透過データを比較することで、手法の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 厚さの極限にない試料に対して、蛍光EXAFSにおける自己吸収効果をどのように正確に補正できるか。
• RQ2 吸収係数にEXAFS揺動を含めることで、自己吸収補正にどの程度の影響が生じるか。
• RQ3 広範な試料の厚さと濃度にわたって有効な、モデルに依存しないk空間補正を導出できるか。
• RQ4 中程度の厚さの試料では、振幅補正がどの程度の大きさとなり、EXAFS解析の結果に顕著な影響を与えるか。
• RQ5 標準化された試料に対して、補正後の蛍光EXAFSデータは透過モードEXAFSと定量的に一致するか。

主な発見

• 4.6 µmの銅箔における補正係数χ/χ_expは、厚さ極限での値の約3倍に達し、自己吸収による顕著な振幅低下を示している。
• 式(3)の近似は、1 Å⁻¹未満では1%を超える誤差を示すが、通常のEXAFS解析領域では依然として高い精度を維持する。
• k空間における補正後の蛍光EXAFSデータは、透過モードデータとほとんど区別がつかないほど近く、本手法の正確性を裏付けている。
• 薄さ極限ではχ = χ_expに還元され、d → ∞のときにはTrögerら（1992）の厚さ極限結果と一致するため、一貫性が保証されている。
• 酸化物、インタメタル化物、単結晶、20 µm未満の薄膜を含む広範な材料に対して、本手法は有効である。
• 本研究は、中程度の厚さの試料に対しても自己吸収補正が顕著であり、補正にEXAFSモodulationを無視すると顕著な誤差が生じることを示している。