EXAFS
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L'EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure) est une méthode d'analyse spectroscopique issue du rayonnement synchrotron, généralement couplée avec le XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure). Ces méthodes donnent des informations sur l'ordre local des composés, et permettent donc l'étude de composés qui n'ont qu'un ordre à courte distance, contrairement à des méthodes telles que la Diffraction des Rayons X qui nécessite une structure régulière du matériau.
Pratiquement, l'échantillon est soumis à un faisceau de rayons X, et l'absorption est mesurée en fonction de l'énergie du rayonnement irradiant. Pour une certaine valeur de l'énergie, on observe un saut d'absorption correspondant au seuil d'ionisation de l'élément étudié. La région du XANES correspond à la structure fine du spectre d'absorption proche du seuil et est caractéristique de l'état électronique de l'élément (voir ci-dessous). S'étendant à plusieurs dizaines, voire à des centaines d'électrons Volt après le seuil, des oscillations sont observées, correspondant à la région de l'EXAFS.
Ces oscillations proviennent du phénomène suivant : de par la dualité onde-particule, le photo-électron qui sort de l'atome excité peut être vu comme une onde sphérique qui rencontre les atomes environnants et s'y réfléchit. On obtient ainsi des ondes refléchies qui créent des phénomènes d'interférences constructives ou destructives avec l'onde incidente, et qui vont faire varier la quantité résultante de photo-électrons. On va donc avoir des variations de l'absorption, en certaines longueurs d'onde de photo-électron qui dépendent de la nature des atomes voisins, de leur distance et de leur nombre.
Avec l'EXAFS, on a ainsi accès à des informations concernant les distances de liaison et les nombres de coordination.
Il faut noter que, si le XANES est utilisable directement sur le spectre d'absorption, l'EXAFS nécessite un traitement mathématique préalable : suite à une extraction du spectre d'absorption, le signal EXAFS subit une transformée de Fourier sur laquelle apparaissent les différentes contributions des atomes environnant l'atome absorbeur. Celles-ci sont analysées après une transformée de Fourier inverse, l'analyse revenant en fait à leur simulation à l'aide de valeurs théoriques. Elle permet de déduite la distance de l'atome rétrodiffuseur et le nombre de ces atomes rétrodiffuseurs pour un atome absorbeur, équivalent à un nombre moyen de coordination.
Précisons que le XANES, mesurable à une fraction d'électron Volt près, renseigne sur l'état d'oxydation de l'élément étudié, et dépend de la symétrie du champ électrique local autour de l'atome central. Le pic de pré-seuil correspond à la transition vers les premiers niveaux vides ou partiellement remplis, transitions autorisées ou non selon la symétrie ; l'intensité d'une transition peut être considérée comme une bonne signature de la symétrie autour de l'atome absorbeur. Ces transitions peuvent aussi faire apparaître des pics au maximum du seuil d'absorption, la raie blanche.
