Dicroísmo circular magnético de rayos X

Técnica espectroscópica

Espectro XMCD de hierro

El dicroísmo circular magnético de rayos X ( XMCD ) es un espectro diferencial de dos espectros de absorción de rayos X (XAS) tomados en un campo magnético, uno tomado con luz polarizada circularmente hacia la izquierda y otro con luz polarizada circularmente hacia la derecha. ^[1] Al analizar de cerca la diferencia en el espectro XMCD, se puede obtener información sobre las propiedades magnéticas del átomo, como su espín y su momento magnético orbital . Usando XMCD se pueden observar momentos magnéticos por debajo de 10 ⁻⁵ μ B. ^[2]

Este sencillo diagrama ilustra la idea general del dicroísmo circular magnético de rayos X. Muestra las transiciones electrónicas para la absorción 2p→3d (borde L). No es a escala.

En el caso de metales de transición como el hierro , el cobalto y el níquel , los espectros de absorción del XMCD se miden normalmente en el borde L. Esto corresponde al proceso en el caso del hierro: en el hierro, un electrón 2p es excitado a un estado 3d mediante un rayo X de aproximadamente 700 eV . ^[3] Debido a que los estados de los electrones 3d son el origen de las propiedades magnéticas de los elementos, los espectros contienen información sobre las propiedades magnéticas. En los elementos de tierras raras normalmente se miden los bordes M _{4,5 , que corresponden a excitaciones electrónicas desde un estado 3d hasta estados principalmente 4f.}

Intensidades de línea y reglas de selección.

Las intensidades de línea y las reglas de selección de XMCD pueden entenderse considerando los elementos de la matriz de transición de un estado atómico excitados por luz polarizada circularmente . ^{[4] [5]} Aquí está el principal, el momento angular y los números cuánticos magnéticos . El vector de polarización de la luz polarizada circular izquierda y derecha se puede reescribir en términos de armónicos esféricos, lo que conduce a una expresión para el elemento de la matriz de transición que se puede simplificar usando el símbolo 3-j : la parte radial se conoce como la intensidad de la línea, mientras que la El angular contiene simetrías de las que se pueden deducir reglas de selección. Reescribir el producto de tres armónicos esféricos con el símbolo 3-j finalmente conduce a: ^[4] Los símbolos 3-j no son cero solo si satisfacen las siguientes condiciones, lo que nos da las siguientes reglas de selección para transiciones dipolares con luz polarizada circular: ^{[4 ]} ${\displaystyle \vert {njm}\rangle }$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle m}$ $${\displaystyle \mathbf {e} ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(x\pm iy\right)={\sqrt {\frac {4\pi }{3}}}rY_{1}^{\pm 1}\left(\theta ,\varphi \right)}$$ ${\displaystyle \langle n^{\prime }j^{\prime }m^{\prime }\vert \mathbf {e} \cdot \mathbf {r} \vert njm\rangle }$ $${\displaystyle \langle n^{\prime }j^{\prime }m^{\prime }\vert \mathbf {e} \cdot \mathbf {r} \vert njm\rangle ={\sqrt {\frac {4\pi }{3}}}\langle n^{\prime }j^{\prime }m^{\prime }\vert rY_{1}^{\pm 1}\left(\theta ,\varphi \right)\vert njm\rangle \propto \int _{0}^{\infty }dr~rR_{n^{\prime }j^{\prime }}(r)R_{nj}(r)\int _{\Omega }d\Omega ~{Y_{j^{\prime }}^{m^{\prime }}}^{*}\left(\theta ,\varphi \right)Y_{1}^{\pm 1}\left(\theta ,\varphi \right)Y_{j}^{m}\left(\theta ,\varphi \right)={\sqrt {\frac {(2j^{\prime }+1)(2j+1)}{4\pi }}}\langle {j^{\prime }~0~j~0}\vert {1~0}\rangle \langle {j^{\prime }~m^{\prime }~j~m}\vert {1~\pm 1}\rangle }$$ $${\displaystyle {\sqrt {\frac {(2j^{\prime }+1)(2j+1)}{4\pi }}}\langle {j^{\prime }~0~j~0}\vert {1~0}\rangle \langle {j^{\prime }~m^{\prime }~j~m}\vert {1~\pm 1}\rangle ={\sqrt {\frac {(2j^{\prime }+1)(2j+1)(2+1)}{4\pi }}}{\begin{pmatrix}{j^{\prime }}&j&1\\0&0&0\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}j^{\prime }&j&1\\m^{\prime }&m&\mp 1\end{pmatrix}}}$$ ${\displaystyle j,j^{\prime },m,m^{\prime }}$

1. ${\displaystyle \Delta J=\pm 1}$
2. ${\displaystyle \Delta m=0,\pm 1}$

Ver también

• EMCD
• efecto faraday
• Dicroísmo circular magnético
• Campo magnético
• Metales de transición

Referencias

1. Zhao, Jijun; Huang, Xiaoming; Jin, Peng; Chen, Zhongfang (abril de 2015). "Propiedades magnéticas de grupos atómicos y metalofullerenos endoédricos". Revisiones de Química de Coordinación . 289–290: 315–340. doi :10.1016/j.ccr.2014.12.013. ISSN  0010-8545.
2. Helmut Kronmüller; Stuart SP Parkin, eds. (2007). Manual de magnetismo y materiales magnéticos avanzados . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-02217-7. OCLC  124165851.
3. Stöhr, J. (15 de diciembre de 1995). "Espectroscopia de dicroísmo circular magnético de rayos X de películas delgadas de metales de transición". Revista de espectroscopia electrónica y fenómenos relacionados . Perspectivas futuras de la espectroscopia electrónica con radiación sincrotrón. 75 : 253–272. doi :10.1016/0368-2048(95)02537-5. ISSN  0368-2048.
4. de Groot, F.; Vogel, J. (2006). "Fundamentos de la absorción de rayos X y el dicroísmo: el enfoque multiplete". Espectroscopia de neutrones y rayos X. págs. 3–66. doi :10.1007/1-4020-3337-0_1. ISBN 978-1-4020-3337-7.
5. J. Stöhr; Y. Wu (1994). "Dicroísmo circular magnético de rayos X: teoría y conceptos básicos para átomos de metales de transición 3D". Nuevas direcciones en la investigación con fuentes de radiación de sincrotrón de rayos X blandos de tercera generación . págs. 221-250. doi :10.1007/978-94-011-0868-3. ISBN 978-94-010-4375-5.