تشتت رامان للأشعة السينية

تشتت رامان للأشعة السينية (XRS) هو تشتت غير مرن وغير رنيني للأشعة السينية من إلكترونات النواة . وهو مشابه لتشتت رامان الاهتزازي ، وهو أداة شائعة الاستخدام في التحليل الطيفي البصري، مع اختلاف يتمثل في أن أطوال موجات الفوتونات المثيرة تقع في نطاق الأشعة السينية، وأن الإثارات المقابلة تأتي من إلكترونات النواة العميقة.

يُعدّ التحليل الطيفي بالأشعة السينية (XRS ) أداة طيفية خاصة بالعناصر لدراسة البنية الإلكترونية للمادة . وعلى وجه الخصوص، فهو يفحص كثافة حالات الحالة المثارة (DOS) لنوع ذري في عينة. ^{[ 1 ]}

تُعدّ XRS عملية تشتت غير مرن للأشعة السينية ، حيث يُعطي فوتون الأشعة السينية عالي الطاقة طاقةً لإلكترون في النواة، مُثيرًا إياه إلى حالة غير مشغولة. تُشابه هذه العملية من حيث المبدأ امتصاص الأشعة السينية (XAS)، ولكن نقل الطاقة فيها يُحاكي دور طاقة فوتون الأشعة السينية الممتصة في امتصاص الأشعة السينية، تمامًا كما هو الحال في تشتت رامان. في مجال البصريات، يُمكن رصد الإثارات الاهتزازية منخفضة الطاقة من خلال دراسة طيف الضوء المُشتت من جزيء.

نظرًا لإمكانية اختيار طاقة (وبالتالي طول موجة) الأشعة السينية المستخدمة في التحليل بحرية، ولأنها عادةً ما تقع ضمن نطاق الأشعة السينية الصلبة، يتم التغلب على بعض القيود المفروضة على الأشعة السينية اللينة في دراسات البنية الإلكترونية للمادة. فعلى سبيل المثال، قد تكون دراسات الأشعة السينية اللينة حساسة للسطح، كما أنها تتطلب بيئة مفرغة من الهواء. وهذا يجعل دراسة العديد من المواد، مثل العديد من السوائل، مستحيلة باستخدام امتصاص الأشعة السينية اللينة. ومن أبرز التطبيقات التي يتفوق فيها تشتت رامان للأشعة السينية على امتصاص الأشعة السينية اللينة، دراسة حواف امتصاص الأشعة السينية اللينة تحت ضغط عالٍ . فبينما قد تخترق الأشعة السينية عالية الطاقة جهازًا عالي الضغط، مثل خلية سندان الماس ، وتصل إلى العينة داخل الخلية، فإن الأشعة السينية اللينة تُمتص بواسطة الخلية نفسها.

في تقريره عن اكتشاف نوع جديد من التشتت، اقترح السير تشاندراسيخارا فينكاتا رامان إمكانية وجود تأثير مماثل في نطاق الأشعة السينية. وفي نفس الفترة تقريبًا، نشر بيرغن ديفيس ودانا ميتشل في عام 1928 تقريرًا عن البنية الدقيقة للإشعاع المتشتت من الجرافيت، ولاحظا وجود خطوط طيفية تتوافق مع طاقة غلاف K للكربون. ^{[ 2 ]} حاول العديد من الباحثين إجراء تجارب مماثلة في أواخر عشرينيات وأوائل ثلاثينيات القرن العشرين، لكن لم يكن بالإمكان دائمًا تأكيد النتائج. غالبًا ما تُنسب أولى الملاحظات الواضحة لتأثير تشتت الأشعة السينية إلى ك. داس غوبتا (الذي نشر نتائجه عام 1959) وتاداسو سوزوكي (الذي نشر نتائجه عام 1964). وسرعان ما تبيّن أن ذروة تشتت الأشعة السينية في المواد الصلبة تتسع بفعل تأثيرات الحالة الصلبة، وتظهر على شكل حزمة ذات شكل مشابه لطيف امتصاص الأشعة السينية. وظلت إمكانيات هذه التقنية محدودة حتى توفرت مصادر ضوء السنكروترون الحديثة. يعود ذلك إلى انخفاض احتمالية امتصاص الفوتونات الساقطة في تقنية مطيافية الأشعة السينية (XRS)، مما يتطلب إشعاعًا عالي الكثافة . وتتزايد أهمية تقنيات مطيافية الأشعة السينية (XRS) اليوم بشكل سريع، حيث يمكن استخدامها لدراسة بنية الامتصاص الدقيقة للأشعة السينية القريبة من الحافة (NEXAFS أو XANES) بالإضافة إلى بنية الامتصاص الدقيقة الممتدة للأشعة السينية (EXAFS).

ينتمي تشتت الأشعة السينية غير المرن (XRS) إلى فئة تشتت الأشعة السينية غير الرنيني، والذي له مقطع عرضي يبلغ

${\displaystyle {d^{2}\sigma \over d\Omega dE}=\left({d\sigma \over d\Omega }\right)_{\rm {Th}}\times S(q,E)}$.

هنا،${\displaystyle (d\sigma /d\Omega )_{\rm {Th}}}$يمثل المقطع العرضي لثومسون ، مما يدل على أن التشتت هو تشتت الموجات الكهرومغناطيسية من الإلكترونات. تكمن فيزياء النظام قيد الدراسة في عامل البنية الديناميكية.${\displaystyle S(q,E)}$، وهي دالة لنقل الزخم${\displaystyle q}$ونقل الطاقة${\displaystyle E}$. يحتوي عامل البنية الديناميكية على جميع الإثارات الإلكترونية غير الرنانة، بما في ذلك ليس فقط إثارات الإلكترونات الأساسية التي لوحظت في XRS ولكن أيضًا على سبيل المثال البلازمونات ، والتقلبات الجماعية لإلكترونات التكافؤ ، وتشتت كومبتون .

أظهر يوكيو ميزونو ويوشيهيرو أومورا في عام 1967 أنه عند عمليات نقل الزخم الصغيرة${\displaystyle q}$تتناسب مساهمة مطيافية تشتت الأشعة السينية (XRS) في عامل البنية الديناميكية طرديًا مع طيف امتصاص الأشعة السينية. ويكمن الاختلاف الرئيسي في أنه بينما يقترن متجه استقطاب الضوء بزخم الإلكترون الممتص في مطيافية امتصاص الأشعة السينية (XAS)، فإن زخم الفوتون الساقط في مطيافية تشتت الأشعة السينية (XRS) يقترن بشحنة الإلكترون. ولهذا السبب، يلعب نقل الزخم في مطيافية تشتت الأشعة السينية (XRS) دور استقطاب الفوتون في مطيافية امتصاص الأشعة السينية (XAS).

تستخدم تقنية تصوير مدارات الإلكترون تقنية تشتت رامان للأشعة السينية لإنتاج صور لمدارات الإلكترون (أو الفجوة).

• تقنيات تشتت الأشعة السينية
• تشتت الأشعة السينية غير المرن الرنيني (RIXS)