Введение к работе
Актуальность томі. В последнее время появился ряд работ 11,2,3 э, посвященных экспериментальному исследованию процессов неупругого рассеяния рентгеновского излучения, сопровождающегося возбуждением остовних оболочек атомов. Топкая структура спектров неупругого рассеяния похожа на тонкую структуру рентгеновских спектров поглощения (РСП), однако методы ее экспериментального и^п»-г!:спц,і
ОТЛКЧаЮТСЯ СУВДСТВвШШМ __ пр^~"^йиїі*»*« тгх, viCiii» «етттсяруйтся і^іоьйня г^гтіїйіУїїіаирі с малой анергией ионизации, то получать Г&1 слетаю из- за малой длины свободного пробега мягких фотонов в веществе, в то время как в спектрах неупругого рассеяния этих проблем нет, так как возбуздаищий фотон может иметь высокув зпврпго, и, соответственно, большую длину свободного пробега в веществе. Кроме того, как будет показано ниже, при различном выборе энергии рассеиващегося фотона и угла рассеяния из спектров неупругого рассеяния можно получать информацию о различішх локальних парциальных плотностях электронных состояний (ЛШЭС), в том числе о таких ЛППЭС, которые не могут быть получены при обработке РСП. Существующее на сегодняшний день теоретическое описание процессов неупругого рассеяния г 1.21 является недостаточным. Для их описания используется теория неупругого рассеяния фотонов однородным электронным газом 14J, которая верно описывает процессы возбуждения валентных делокализовашшх электронов, однако, является не всегда корректной для описания возбуждения оетопдах электронов. Итак, во-первых, процессы неупругого рассеяния рентгеновского излучения являются важными для изучения электронной и атомной структуры твердых тел; а во-вторых, ош недостаточно подробно исследованы теоретически. Сказанное определяет актуальность тематики данной диссертации, посвященной разработке теории тонкой структуры спектров неупругого рассеяния рентгеновского излучения твердых тел. Целями работы были:
- разработка метода расчета сечений воупругого рассеяния рентгеновских лучей, сопровождающегося К-ионизацивй атомов в твердом теле, с учетом К8К первого, так и второго порядков теории
.-4-возмущений;
- установление связи между сечениями исследуемых процессов и
локальными парциальными плотностями незанятых електронних
состояний і
развитие метода обработки експериментальних спектров шупругого рассеяния и экспериментальных РСП, позволявшего получать а- и р-ЛППЭС в веществах, содержащих легкие атомы ;
выявление новых возможностей исследования вещества по спектрам неупругого рассеяния рентгеновского излучения;
- исследование резонансного и. квазирезонансного неупругого
рассеяния;
- исследование сходимости кластерного приближения в задаче нахождения одноэлектронной'функции Грина <ФГ) в твердом теле. В связи с атим, задачами исследования являлись:
- разработка алгоритма, позволяющего рассчитывать сечения
процессов неупругого рассеяния рентгеновского излучения в
твердых телах;
ваяснени-э условий, при'которых в сечении доминируют либо 'Вклада первого порядка теории возмущений, либо вклада второго порядка;
теоретическое исследование процесса неупругого рассеяния в конкретных кристаллах (графит и алмаз);
- получение з-. и р-ЛППЭС из' экспериментальных спектров
неупругого рассеяния и экспериментальных РСП в графите и расчет
теоретических з- и р-ЛППЭС;
анализ механизмов, ответственных за формирование тонкой структуры рентгеновских спектров неупругого рассеяния в окрестности потерь энергии фотонами, лежащими вблизи l-2,3 порога переходных 3d атомов при анергиях падающих фотонов, близких к впертий к-иовизации этих атомов;
исследование сходимости методов кластерюго моделирования в задаче нахождения одноэлектронной ФГ кристаллов и разработка новых штодов кластерного моделирования, характеризующихся существенно лучшей сходимость», чем сходимость традиционного метода.
Научная новизна работы обусловлена тем, что в пой на основе
использования метода функций Грина впервые разработан метод
расчета сэчепий пвупругого рассеяния рентгеновских лучой,
учитывающий вклада как первого, так и второго порядков теории
возмущений. Нами получена в;ф8жения, устанавливающие связь, сечения
процесса неупругого рассеяния с ЛПІІ30 и разработан метод обработки
экспериментальных спектров шупругого рассеяния и
экспериментальных РСП, позволяющий получать а- я р-ЛПГОС в веществах, содержащих легкие атомы. С тхпппя.гъ2й&,м m*rrzzz. результата r-zz-u» 'Щ***.ячг~'"сі&ім<і яятетлояшї недиагопалышх о-гймйнтсв матриид '1'Г из спектров неупругого рассеяния рентгеновского излучения. Предложена новые варианта метода кластерного моделирования в задаче нахоадепия одноалактропной ФГ кристалла, обеспечивающие существенно лучшую сходимость расчетных ЛГШЭС с ростом размеров кластеров, чем сходимость традиционного метода.
Научная и практическая ценность. В диссертации впорвцэ дано теоретическое описание ряда элементарных процессов, имеющих мосто при взаимодействии рентгеновского излучения с веществом. Этим, в основном, определяется научная ценность работы. Ее практическая ценность обусловлена тем, что полученные результати открывают новые возможности для исследования атомной и электронной структуры твердых тол рентгеноспектрзлышми методами. Разработан программный комплекс, позволяющий получать теоретичоскув информацию, необходимую для обработки экспериментальных спектров неупругого рассеяния рентгеновского излучения и получения ЛППЭС.
Основные положения, ьшюсимые на защиту: '
-
Разработашшй метод расчета сочений неупругого рассояпия рентгеновского излучения атомами в веществе позволяет учесть вклада как первого, так и второго порядков теории возмущений и получить тонкую структуру сечений неупругого рассеяния в согласии с экспериментом.
-
При больших значениях энергий падающего фотона ь*0 и больших значениях переданного импульса в сечении неупругого рассеяния рентгеновского излучения легкими втомами доминирует вклад первого порядка теории возмущений, определяемий локальными
.-6-парциалышмк р-плотшстями нэзанятых электронных состояний, а при малых значениях h"0 и малих значениях переданного импульса в сечении неупругого рассеяния доминируют вклада -второго порядка теории возмущений, определяемые s-ЛППЭС.
-
Локальные парциальные л*- и с*~ плотности незанятых влюкїронши состояний в графите, рассчитанные по экспериментальным спектрам"неупругого рассеяния и по экспериментальным рентгеновски спектрам поглощения, находятся в хорошем согласил как по абсолютным значениям, .так и по тонкой структуре друг с другом, а така» с п*~ и с*- плотностями, рассчитанными методом многократного рассеяния.
-
Процесс, характеризующийся образованием промежуточного виртуального {ер 15) злактрон- дырочного состояния, дает дошнируэднй вклад по сравнению с вісладом первого ' порядіса в сечение нэупругого'7 рассеяния рентгеновского излучения атомами первого переходного периода даже при анэргиях падающих фотонов, существенно меньших ша.1 КэВ) анергии ионизации К- уровней соответствующих атомов.
5. Предлагаемые в диссертации два новых подхода к кластерным
расчетам ЛППЭС в кристаллах обеспечивают существенно лучшую
сходимость с увеличением размера кластера, чем традиционный метод.
В частности, предлагаемые методы позволяют правильно описать
поведение гс-ЛБПЭС в графите вблизи поверхности Ферми.
Использование ЭВМ. Расчеты выполнены на IBM PC AT -286. Апробация работа. Основные результаты работы докладывались и обсуздались па следующих конференциях:
1. VIII Международная конференция по тонкой структуре
рентгеновского поглощения. (Берлин, август-сентябрь 1994 г.>.
2. Конференция аспирантов РГУ с Ростов-на-Дону, ноябрь 1994 г)
Публикации и личный вклад автора. Результаты исследований
опубликованы в 5 работах, написанных в соавторстве. Их список приводится в конце автореферата. В них автору принадлежит большая часть теоретических результатов и расчетных данных, выносимых на защиту. Роль соавторов состояла в следующем. Общая постановка задач принадлежит. Р. В. Be дринскому и В.Ш.Мачавариаш. АА.Новакович участвовал в разработав алгоритма и программ расчетов. Все авторы
- 7 -т?хй!:.киш. участив в обсуждения її апалпзо нолучоншіх результатов. .'j'.i 'хЛ^'ЧШ-І^Ш-Ш.92Ш11^]}}.' Диссертация состоит из ~і\'у-і::Лі :G';.ii;ox глас, перечнії основная результатоіз и .'выводов, таут'прттлпгои^Д'. Ока изложена па ////; страницах машинописного ?о;ссга» пклїгтндкї 27 рисупкоз, І таблицу к список 'литературы тпз оі «аишвоімтяи.
