EXAFS数据拟合程序ARTEMIS

EXAFSEXAFSEXAFSEXAFS数据拟合程序数据拟合程序数据拟合程序数据拟合程序ArtemisArtemisArtemisArtemis孙治湖孙治湖孙治湖孙治湖2011年3月27日，上海中国科技大学国家同步辐射实验室，合肥中国科技大学国家同步辐射实验室，合肥中国科技大学国家同步辐射实验室，合肥中国科技大学国家同步辐射实验室，合肥230029230029230029230029主要内容主要内容主要内容主要内容1.Artemis的基本使用流程；2.简单的多壳层拟合；3.复杂的多壳层拟合(多重散射)；4.Artemis的高级拟合技巧⎯多数据拟合；5.拟合结果合理性的鉴别程序的基本操作；具体实例，心得体会、技巧Artemis程序(byB.Ravel)概况基于FEFF计算的理论散射振幅和相移，对EXAFS数据进行拟合Artemis本身不能进行EXAFS的原始数据处理(如背景扣除等)基本功能相当于原来UWXAFS软件包的FEFFIT程序(byM.Newville)，加入了图像用户界面(GUI)现在的版本也包括Atoms和FEFF6(但不包括FEFF8以后的版本)输入文件为EXAFS振荡函数χ(k)，不能加权Artemis:thegoddessofthehunt,anaptmetaphordoingEXAFSanalysis.1.1Artemis的基本使用流程(以Cufoil单壳层拟合为例)输入χ(k)运行Atoms运行FEFFfeffpaths构建模型，设置path参数开始拟合拟合结果不满意输出结果结果满意关键feff.inp输入χ(k)函数：File→Openfile，打开已经得到的χ(k)函数。傅里叶变换参数拟合控制参数作图参数k空间的数据R空间的数据利用FEFF计算振幅和相移函数：Theory→Newatomspage，打开已有的atoms.inp文件或者重新写一个。参数设好以后，点击RunAtoms，得到feff.inp。有时候需要对feff.inp文件做改动，可以先保存feff.inp：Theory→Atoms→Writespecialoutput→feff7，然后Save。利用记事本notepad对保存的feff.inp进行修改后，再导入：Theory→NewFeffinputtemplate。TITLECuTITLECuTITLECuTITLECuHOLE11.0HOLE11.0HOLE11.0HOLE11.0****CuKedge(8979.0eV),secondCuKedge(8979.0eV),secondCuKedge(8979.0eV),secondCuKedge(8979.0eV),secondnumberisS0^2numberisS0^2numberisS0^2numberisS0^2****mphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchiCONTROL1111CONTROL1111CONTROL1111CONTROL1111PRINT1003PRINT1003PRINT1003PRINT1003RMAX7.0RMAX7.0RMAX7.0RMAX7.0****CRITERIAcurvedplaneCRITERIAcurvedplaneCRITERIAcurvedplaneCRITERIAcurvedplane****DEBYEtempdebye-tempDEBYEtempdebye-tempDEBYEtempdebye-tempDEBYEtempdebye-tempNLEG4NLEG4NLEG4NLEG4POTENTIALSPOTENTIALSPOTENTIALSPOTENTIALS****ipotZelementipotZelementipotZelementipotZelement029Cu029Cu029Cu029Cu129Cu129Cu129Cu129CuATOMSATOMSATOMSATOMS****thislistcontains135atomsthislistcontains135atomsthislistcontains135atomsthislistcontains135atoms****xyzipottagdistancexyzipottagdistancexyzipottagdistancexyzipottagdistance0.000000.000000.000000Cu0.000000.000000.000000.000000Cu0.000000.000000.000000.000000Cu0.000000.000000.000000.000000Cu0.000001.805001.805000.000001Cu_12.552661.805001.805000.000001Cu_12.552661.805001.805000.000001Cu_12.552661.805001.805000.000001Cu_12.55266-1.805001.805000.000001Cu_12.55266-1.805001.805000.000001Cu_12.55266-1.805001.805000.000001Cu_12.55266-1.805001.805000.000001Cu_12.55266………………………………........feff.inp参数设好以后，点击RunFeff。一般只需要保留前10条路径便可。根据Reff和amp，选择待用路径EXAFS基本公式(单散射)牢记牢记牢记牢记EXAFSEXAFSEXAFSEXAFS基本公式！基本公式！基本公式！基本公式！22/()02()χ()()sin[2()]jjRkjjjjjjNSfkkgRekRkdRkRλφ−=+∑∫原子对分布函数原子对分布函数原子对分布函数原子对分布函数壳层壳层壳层壳层(shell)(shell)(shell)(shell)VSVSVSVS....路径路径路径路径(path)(path)(path)(path)202()/ekmEE=−ℏEEEE→→→→kkkk的转换：的转换：的转换：的转换：j22/()0222()χ()exp[2]sin[2()]jRkjjjjjjjNSFkkkekRkkRλσφ−=−+∑依体系无序度大小的不同，依体系无序度大小的不同，依体系无序度大小的不同，依体系无序度大小的不同，gggg((((RRRR))))函数有不同的形式函数有不同的形式函数有不同的形式函数有不同的形式22/02243432()()24χ()exp[2]sin(2())33jjRjjjjjjjjjNSkFkkkCkekRkCkkRλσφ−=−++−∑02222/()0220()()exp[2]()1(2)jjRkjjtjjSNfkSkkkekRkλσχσ−−=+∑)]2(actan)(2sin[0SjjkkkRσ+δ+×Artemis内嵌σ2=σS2(结构无序)+σT2(热无序)2.2.2.2.中等无序体系中等无序体系中等无序体系中等无序体系::::累积量展开累积量展开累积量展开累积量展开(cumulantexpansion)(cumulantexpansion)(cumulantexpansion)(cumulantexpansion)1.1.1.1.小无序体系小无序体系小无序体系小无序体系::::gggg((((RRRR))))为高斯分布函数为高斯分布函数为高斯分布函数为高斯分布函数3.3.3.3.大无序体系大无序体系大无序体系大无序体系在利用Artemis拟合时，EXAFS基本公式中的散射振幅f(k)，相移φ(k)和电子平均自由程λ(k)都是经由FEFF计算产生。N——配位数；σ2——无序度因子(Debye-Wallerfactor)；S02——振幅衰减因子；C4——4阶累积量；R——原子间距离；C3——3阶累积量；Ei——能移展宽；∆E0——能量原点的位移22/02243432()()24χ()exp[2]sin(2())33jjRjjjjjjjjjNSkFkkkCkekRkCkkRλσφ−=−++−∑在拟合中确定的参数：影响拟合结果，但不直接出现在公式中2202/ekkmE→−∆ℏ拟合时，待拟合参数个数要少于独立变量数！idp2RkNπ∆∆=与峰强度有关与峰位置有关一般不用待拟合参数：amp(即S02)，e1(即∆E0)，delr1(即R-Reff)，ss1(即σ2)；固定参数：N(因拟合只能得到NS02的乘积！)路径中待拟合参数具体设置(注意abs符号！)，选择何条路径则依赖于峰的位置与Reff的匹配。Guess，Def，Set的区别点击Fit，开始拟合Cufoil的低温数据(10K)的单壳层拟合：拟合范围：∆k~3−20⊕-1,∆R~1.0−3.0⊕R空间拟合结果q空间结果k空间结果曲线吻合情况Cufoil的低温数据(10K)的单壳层参数拟合结果表示拟合质量的因子：R因子和χν2因子曲线吻合好，不代表拟合就一定可靠，必须同时得到的参数是合理的！拟合所得参数待拟合参数间的关联度Artemis.log最后输出拟合数据，用于利用其他作图软件作图等等：File→Savefitas…01234560246810DataFitR(Å)|FT(k2χ(k))|Cufoil@10K好像对中文目录的支持不好，有时候保存不了！title=Cufoil@10Kdata=cu010k.chi%inputdatafilenameout=cu010k_.dat%outputfilename%fitR-rangeandFFTparameters:rmin=1.0rmax=3.0kmin=3.0kmax=20.0dk=0.5dr=0.2kweight=2kspout=fnodegen=t%--------------------------------------------------------------------guesse1=0.0guessdelr1=0.0guessss1=0.0guesss02=0.85setN=12%----------------------------------------------------------------------%Pathparameterlists:Path1feff0001.dats021s02*abs(N)e01e1sigma21abs(ss1)delr1delr1对应的feffit.inp：输入输出文件拟合范围和FFT参数待拟合参数拟合路径参数利用散射振幅和相移函数的可转移性，简化feff计算Co掺杂的ZnO薄膜，Co的K-edgeEXAFS谱，荧光法k空间数据待拟合范围1.2利用简单的feff计算进行拟合R空间数据拟合1：简化的最近邻feff计算点击Theory→quickfistshelltheory，设置好最近邻配位，点击Doit！由Co-O四配位得到的feff设置拟合参数，进行拟合e1=2.5626170+/-2.5177260R1=1.9847620+/-0.0134370ss1=0.0051510+/-0.0017210N_O=4.0541820+/-0.7373740CoOZnTITLECo:ZnOwurtsiteTITLECo:ZnOwurtsiteTITLECo:ZnOwurtsiteTITLECo:ZnOwurtsiteHOLE11.0HOLE11.0HOLE11.0HOLE11.0****mphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchimphase,mpath,mfeff,mchiCONTROL1111CONTROL1111CONTROL1111CONTROL1111PRINT1003PRINT1