X-ray absorption spectroscopy
X-ray absorption spectroscopy Спектроскопия рентгеновского поглощения (X-ray absorption fine structure - XAFS) является мощным методом для изучения структуры материалов, как правило основанным на применении синхротронного излучения. Метод позволяет определять физические и химические свойства материала на наноуровне. Будучи элементно избирательным XAFS позволяет определить локальную атомную и электронную структуру вокруг поглощающего атома. Метод применяется к образцам в твердом, жидком и даже газообразном агрегатных состояниях. В отличии от рентгеновской дифракции, XAFS можно применять к материалам, не имеющим дальнего порядка, таким как наноматериалы, молекулы, белки и ферменты, и другие. Спектр условно разделяется на дальнюю и ближнюю области: EXAFS и XANES. EXAFS позволяет получить функцию радиального распределения, из которой определяются координационные числа и расстояния. В то же время XANES чувствителен к углам связей и степени окисления элементов.

Наша группа имеет долгий опыт экспериментальных исследований и теоретического анализа в области спектроскопии рентгеновского поглощения. Члены нашего коллектива проводят множество экспериментов на ведущих мировых синхротронных источниках, среди которых ESRF и Soleil (Франция), DORIS, ANKA, DESY и BESSY (Германия), SLS (Швейцария), MAX-IV (Швеция), Курчатовский институт (Россия). Более того, в нашей лаборатории имеется уникальный спектрометр рентгеновского поглощения производства Rigaku (Япония), не имеющий аналогов в России и Европе.

Для интерпретации спектров EXAFS мы используем стандартный Фурье-анализ (программы Artemis и Wiper). Анализ спектров XANES и их теоретическое моделирования является сложной задачей, поскольку не сегодняшний день не сформировано единого и однозначного подхода в этой области, в которой традиционно работает наша группа. В нашей лаборатории был предложен подход многомерной параметрической интерполяции заложенный в программный код FitIt, который позволяет проводить подгонку экспериментальных спектров XANES [1,2]. В 2015 году нами был модифицирован популярный код для расчета спектров рентгеновского поглощения FDMNES. Алгоритмы, предложенные нашей группой, позволили существенно снизить ресурсоемкость кода и ускорить процедуру расчета до 40 раз [3].

[1] G. Smolentsev, A. Soldatov. Quantitative local structure refinement from XANES: multidimensional interpolation approach. Journal of Synchrotron Radiation 2006, 13, 19-29
[2] G. Smolentsev and A.V. Soldatov. FitIt: new software to extract structural information on the basis of XANES fitting" Computational. Matterial Science 2007, 39, 569–574
[3] S. Guda et al. Optimized Finite Difference Method for the Full-Potential XANES Simulations: Application to Molecular Adsorption Geometries in MOFs and Metal−Ligand Intersystem Crossing Transients. Journal of Chemical Theory and Computation 2015, 11, 4512−4521

Участники:  Бугаев Арам Лусегенович / Гуда Александр Александрович / Ламберти Карло / Ломаченко Кирилл Андреевич / Солдатов Александр Владимирович
Сотрудничество:  Университет Турина / Синхротронный центр ESRF / Курчатовский институт / Институт Поля Шеррера