X射线吸收近边结构(XANES)拟合过程

文摘   2024-11-01 15:58   河南  

本次我们主要探讨基于 FDMNES 软件进行 XANES 拟合的基本流程,需要强调的是,XANES 拟合必须在 EXAFS 拟合的基础上进行,即先通过 EXAFS 拟合获得径向结构,然后再构造模型进行 XANES 拟合。

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软件下载与安装

本次教程所用的演示软件为由法国国家科学中心奈尔研究所Joly团队开发FDMNES,可免费下载,解压后即可使用,无需安装。

下载解压后包含以下几个文件:

Doc 文件夹主要用于存储该软件的使用教程、更新说明以及使用说明等;Sim 文件夹则存放计算输入文件、输出文件以及软件的配置文件。fdmfile.txt 主要用于写入计算路径,而 fdmnes_win64.exe 为执行文件。FDMNES 的运行流程大致如下:在Sim/Test_stand/ 中编写输入文件,此文件主要涵盖计算所需的各种参数以及卷积等内容。之后,在 fdmfile.txt 中写入输入文件的地址,接着执行 fdmnes_win64.exe,待运算结束后,便可获得相应的计算数据。接下来逐步拆分学习。

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输入文件编写输入文件编写

输入文件如下图所示:

接下来,我们将对每个命令进行简要介绍。通常是输入命令后,在下一行输入该命令的定义。
 
1)输出命令 Fileout:用于定义输出文件,其中包括文件所在的地址以及文件名。需要注意的是,地址中所写的文件夹都必须事先建立好。
 
2)能量步长命令 Range:能够与实验谱中实际采集的步长相匹配。如上图中的描述所示:在吸收边前 100eV 到吸收边前 20eV 之间步长为 0.5eV,以此类推。
 
3)横坐标能量基准命令 Energpho:此命令决定了计算谱中的横坐标是否以吸收边为基准。如下图所示,计算了 Fe-NC 单原子结构。

4)计算模式:目前 FDMNES 提供了 FDM 模式和多重散射模式。后者可使用 Green 命令调出,计算速度较快;如果不添加任何命令,则默认为 FDM 模式,计算速度较慢。
   
5)吸收边 Edge:可以计算 K 边以及 L 边。
   
6)计算半径 Radius:单位为埃,用于定义需要计算的 cif 结构中吸收原子周围结构的大小。Radius 过大,会导致计算数据量庞大;Radius 过小,会致使计算出现错误。
   
7)定义吸收原子:有两个命令可用于定义,即 Absorber Z_absorber。前者是 cif 中吸收原子的序号,后者是吸收原子的原子序数。对于单吸收原子体系,两者均可;对于多吸收原子体系,使用 Z_absorber 较好,能够对所有吸收原子进行计算并自动平均。
   
8)结构输入:进行 XANES 拟合所需的结构有两种导入方式。一种是将 cif 文件和输入文件放在同一文件夹中,通过 Cif_file 描述该结构文件的路径;另一种是直接将原子坐标导入至输入文件中。(本人推荐第一种方式,相对比较方便)
   
9)卷积:卷积是形成谱形的重要参数,通过调节卷积参数可以改变谱形。左图为未卷积谱。

Convolution命令一般有EcentElargGamma_maxGamma_hole等四个参数,该四个参数的关系如下图所示:

10 费米能级E_cut:也可以认为是截止能量,即从此能量开始进行卷积。下图为几个不同E_cut谱的对比:

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# 命令文件fdmfile.txt

输入文件编辑完成后,需在主文件夹下的 fdmfile.txt 命令中编写执行命令,即将要计算的输入文件地址直接写入。若要一次计算 5 条谱,可编写 5 个输入文件,并将路径依次写入命令行,如下图所示:

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# 输出文件

通常情况下,会有三个输出文件。其一为 name.txt,这个文件中存储的是未卷积的谱。其二是 name_bav.txt,该文件作为计算过程文件,其中包含了此次计算所使用的各种参数等详细信息。第三个文件是 name_conv.txt,此文件为卷积后的谱,也就是我们在计算过程中真正所需的文件。卷积后的谱经过了特定的数学处理,能够更好地反映出我们所研究的物理现象或化学结构的特征。而未卷积的谱则保留了原始的计算结果,对于分析计算过程中的一些细节可能会有一定的帮助。计算过程文件则为我们提供了一个深入了解计算过程的窗口,通过其中的参数信息,我们可以评估计算的准确性和可靠性,并且可以根据需要对参数进行调整和优化,以获得更加准确的结果。


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