Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 15, Numéro 6, juin 1980
Page(s) 1079 - 1094
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:019800015060107900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 15, 1079-1094 (1980)
DOI: 10.1051/rphysap:019800015060107900

Effet Mössbauer et techniques complémentaires : III. - L'EXAFS appliqué aux déterminations structurales de milieux désordonnés

D. Raoux, J. Petiau, P. Bondot, G. Calas, A. Fontaine, P. Lagarde, P. Levitz, G. Loupias et A. Sadoc

Laboratoire pour l'Utilisation du Rayonnement Electromagnétique (Laboratoire du C.N.R.S. associé à l'Université Paris-Sud), Bât. 209C, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France


Abstract
Since a few years, EXAFS has become popular as a new tool for structural studies of local order in disordered systems, as well as in dilute ones. The first reason for such a boom is that it is a very simple absorption measurement experiment, which is easily performed as soon as one gets the high photon fluxes emitted in the X-ray range by the synchrotrons and electron storage rings. It has also unique capabilities in comparison to the scattering of X-rays or neutrons : - it is a very local probe which is limited to the study of the first or second coordination shell around a given atom ; - distances may be measured with a 0.01 Å accuracy ; - it is very sensitive : dilute samples with concentrations in the range of 10-4 can be studied ; - in a complex system, it gives the local structure around each constituant. However, the analysis of the spectra is not so direct as that of a scattering experiment, and the theory on which it is based, implies some approximations which one has to keep in mind in order to derive correct findings. A crucial point is the large sensitivity of EXAFS to disorder which may give a serious limitation in its use as a conventional technique. These points are discussed in part I of this paper, which also presents the experimental set-up we have at LURE. In part II, various examples are given which concern the local structure of amorphous compounds, as well as that of liquids or other kinds of disordered systems (cores of defects, non stoichiometric compounds, etc...).


Résumé
Depuis quelques années, et avec l'avènement du rayonnement synchrotron, l'EXAFS devient une technique de plus en plus utilisée pour l'étude de l'ordre local dans les systèmes désordonnés ou très dilués. C'est en effet, dans son principe, une expérience très simple qui consiste à mesurer l'absorption des photons X par la matière, et qu'on réalise facilement lorsqu'on dispose de hauts flux de photons émis par les anneaux de stockage d'électrons ou de positrons. Elle a aussi des spécificités uniques par rapport aux techniques de diffusion des rayons X ou des neutrons : - elle n'est sensible qu'à l'ordre local et ne sonde qu'une ou deux couches atomiques autour d'un atome donné ; - en contrepartie, elle est très précise et donne les distances à 1/100 Å près; - elle est très sensible : on peut étudier des systèmes dilués avec des concentrations de 10-4 ; - dans un système complexe, l'EXAFS peut donner l'ordre local autour de chacun des constituants. Cependant, l'analyse d'un spectre EXAFS n'est pas aussi directe que ne l'est l'interprétation d'un spectre de diffusion des rayons X ou des neutrons. La théorie de l'EXAFS implique diverses approximations que l'on ne doit pas perdre de vue sous peine d'aboutir à des résultats erronés. Un point crucial est l'extrême sensibilité de l'EXAFS au désordre de position qui peut en limiter l'emploi pour l'étude des milieux désordonnés. Ces différents points sont discutés dans la première partie de cet article, où on décrit aussi les montages expérimentaux dont on dispose à LURE. La seconde partie présente un certain nombre d'exemples d'utilisation de l'EXAFS pour l'étude des structures locales dans les amorphes, mais aussi les liquides, et plus généralement les systèmes désordonnés (coeurs de défauts, composés non stoechiométriques, etc...).

PACS
6140 - Structure of amorphous and polymeric materials.
7680 - Mossbauer effect: other gamma ray spectroscopy in condensed matter.
7870D - X ray absorption and absorption edges condensed matter.

Key words
amorphous state -- Mossbauer effect -- EXAFS -- structure of disordered regions -- amorphous compounds -- disordered systems -- X ray absorption spectra -- extended X ray absorption fine structure