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X 光 吸 收 光 譜 數 據 分 析 體 驗 營<br />
Athena 程 式 教 學<br />
詹 丁 山<br />
August 19-23, 2013
Athena 程 式 教 學<br />
Athena 程 式 教 學 (1): 程 式 介 紹 與 數 據 分 析 基 本 步 驟
Introduction to Athena<br />
The best way to learn how to use athena<br />
is to use athena. Poke at the buttons,<br />
poke at the menus, try things just to see<br />
what happens. And above all, remember<br />
the physical and mathematical meanings<br />
of your data and of the data analysis<br />
techniques and think about how actions<br />
in athena relate to those meanings.
Data analysis of Athena
數 據 處 理 三 大 步 驟<br />
Energy<br />
calibration<br />
Raw data<br />
[xxx.dat]<br />
Background<br />
removal<br />
(or autobk)<br />
χ data<br />
[xxx.chi]<br />
Athena<br />
χ data<br />
[xxx.chi]<br />
Theory<br />
Data fitting<br />
Fitting data<br />
[xxx.fit]<br />
Artemis<br />
Atoms<br />
Feff<br />
(1) 從 實 驗 數 據 (raw data) 經 Athena 軟 體 , 得 到 χ(k) 以 及 FT(Fourier transform)[χ(k)] 的 數 值 。<br />
(2) 由 ICSD 資 料 庫 中 得 知 晶 體 結 構 資 訊 , 編 寫 Atoms.inp 並 計 算 出 周 圍 原 子 的 位 置 座 標 ,<br />
再 由 Feff 程 式 算 出 中 心 吸 收 原 子 與 各 配 位 層 原 子 間 的 背 向 散 射 振 幅 函 數 及 相 位 偏 移 。<br />
(3) 由 理 論 值 和 實 驗 值 經 由 適 套 (fitting) 方 式 , 求 得 各 配 位 層 之 結 構 參 數 N、R、e0、σ 2 。
Athena data analysis process<br />
Energy<br />
calibration<br />
Import<br />
Raw data<br />
filename.dat<br />
Background<br />
Removal(Autobk)<br />
Normalization<br />
Transform to<br />
k-space and weight<br />
output<br />
chi data<br />
filename.chi<br />
Fourier Transform<br />
(R-space)
Athena data analysis process<br />
k<br />
n<br />
加 權 運 算 ,<br />
n=1,2,3<br />
EXAFS 區 域 內<br />
平 滑 背 景 扣 除<br />
正 規 化 處 理
1. 雙 點 擊 Athena 圖 示 以 執 行 軟 體<br />
2. 軟 體 執 行 後 , 出 現 以 下 兩 視 窗 分 為 繪 圖 視 窗 與 主 視 窗
主 視 窗 介 面 簡 介<br />
工 具 列<br />
Background<br />
removal<br />
檔 案<br />
列 表<br />
Forward<br />
Fourier<br />
transform<br />
Backward<br />
Fourier<br />
transform<br />
圖 形<br />
選 項
工 具 列<br />
繪 圖 視 窗 介 面 簡 介
Import<br />
Raw data<br />
filename.dat<br />
Step 1: 匯 入 實 驗 數 據 (Raw data)
Import Experiment Data File<br />
D:/2013 training course/Athena example/NiO.dat<br />
1<br />
2<br />
3
µ<br />
transmission( E ) = ln( Io<br />
/ It<br />
)<br />
µ fluorescen<br />
( E)<br />
∝ I / I<br />
ce<br />
f<br />
Para for import file<br />
0<br />
5 4<br />
6<br />
µ<br />
reference<br />
( E ) = ln( It<br />
/ I<br />
r<br />
7<br />
)<br />
Sample<br />
reference
檔 案 匯 入 成 功 後 之 畫 面<br />
8
將 元 素 (Z) 選 成 Ni , 將 Edge 選 成 K-edge<br />
9<br />
11<br />
10
Energy<br />
calibration<br />
Step 2: 實 驗 數 據 之 能 量 校 正
Energy Calibration<br />
3<br />
1<br />
2 確 認 圖 形<br />
是 否 正 確
Energy Calibration<br />
移 動 滑 鼠 選 擇 適 合 的 校 正 點<br />
5<br />
4
Energy Calibration<br />
6<br />
8<br />
7
Energy Calibration<br />
9<br />
10
Energy Calibration<br />
Ni K-edge = 8333 (eV)<br />
11<br />
12<br />
13
Energy Calibration<br />
當 Ref NiO(Ni-Foil) 執 行 能 量 校 正 後 , 樣 品 NiO 也 會 同 步 完 成<br />
14<br />
15
程 式 補 充 說 明
Save Project File<br />
1<br />
2<br />
3<br />
存 成 NiO-test. prj
Close Project File<br />
按 滑 鼠 右 鍵<br />
1<br />
2
Open Project File<br />
1<br />
NiO-test. prj<br />
2<br />
3
Background<br />
removal<br />
Step 3: 實 驗 數 據 背 景 去 除
Background removal<br />
1<br />
3<br />
2
Normalization<br />
Step 4: 實 驗 數 據 正 規 化 處 理
Normalization<br />
2<br />
1
Normalization<br />
4<br />
Post-edge~1<br />
3<br />
Pre-edge~0
程 式 補 充 說 明
File Rename<br />
1<br />
Double click<br />
2
Figure Plot<br />
1<br />
3<br />
2
Check Figures<br />
4
File export of xxx.Nor<br />
1<br />
3<br />
2<br />
存 成 NiO.dat.Nor 檔 案<br />
4
Origin plot XANES Figures
Transform to<br />
k-space and weight<br />
Step 5: 將 能 量 座 標 轉 換 至 k 空 間 , 並 進 行 k n 之 加 權 運 算
將 能 量 座 標 轉 換 至 空 間 並 進 行<br />
k<br />
k<br />
n<br />
之 加 權 運 算<br />
4<br />
1<br />
3<br />
2
Fourier Transform<br />
(R-space)<br />
Step 6: 將 k 空 間 進 行 傅 立 業 轉 換 至 R- 空 間
Forward Fourier Transform<br />
6<br />
1<br />
2<br />
3.6 14.7<br />
5<br />
3<br />
4
Forward Fourier Transform<br />
8<br />
7
程 式 補 充 說 明
File export of xxx.chi<br />
1<br />
2 3<br />
存 成 NiO.dat.chi 檔 案<br />
4<br />
此 檔 案 後 續 會 用 於 Artemis 程 式<br />
進 行 Data-fitting
File export of xxx.rsp<br />
1<br />
2<br />
3<br />
存 成 NiO.dat.rsp 檔 案
Athena 程 式 教 學<br />
Athena 程 式 教 學 (2): 程 式 進 階 功 能 應 用 於 數 據 分 析
Aligning( 校 準 ) data group setting<br />
Energy Calibration<br />
D:/2013 training course/Athena example/01-align-test.prj<br />
1<br />
2<br />
3
Aligning( 校 準 ) data group setting<br />
6<br />
4<br />
7<br />
5
Aligning( 校 準 ) data group setting<br />
9<br />
10<br />
8<br />
發 現 Fe/Ga alloy scan<br />
2 and 3 能 量 偏 移
Aligning( 校 準 ) data group setting<br />
11<br />
12<br />
14<br />
15<br />
完 成 Fe/Ga alloy scan<br />
2 and 3 能 量 校 準<br />
13
Merge( 合 併 ) data group setting<br />
Note: It is essential that your data bell well-aligned before merging<br />
1<br />
D:/2013 training course/Athena example/02-merge-test.prj<br />
2<br />
3
Merge( 合 併 ) data group setting<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
改 善 EXAFS 數 據<br />
8
Deglitch( 去 除 儀 器 雜 訊 ) data setting<br />
D:/2013 training course/Athena example/03-deglitch-test.prj<br />
1<br />
2<br />
3
Deglitch( 去 除 儀 器 雜 訊 ) data setting<br />
7<br />
8<br />
4<br />
5<br />
6<br />
glitch
Deglitch( 去 除 儀 器 雜 訊 ) data setting<br />
Two methods<br />
9<br />
9<br />
11<br />
Choose a point<br />
9<br />
9<br />
Remove glitches<br />
10<br />
12<br />
完 成 去 除 雜 訊
Truncate ( 截 短 ) data setting<br />
1<br />
D:/2013 training course/Athena example/04-truncat-test.prj<br />
2<br />
3
Truncate ( 截 短 ) data setting<br />
4<br />
5<br />
Eu L 3 -edge:<br />
6977 eV<br />
6<br />
Eu L 2 -edge:<br />
7617 eV
Truncate ( 截 短 ) data setting<br />
6<br />
7 8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
8<br />
完 成 數 據 截 短<br />
12
Plot I0 setting<br />
1<br />
D:/2013 training course/Athena example/05-plot I0-test.prj<br />
2<br />
3
Plot I0 setting<br />
優 質 數 據 的 條 件<br />
入 射 光 強 度 (I 0 ) 隨 能 量 之 變 化 趨 勢 必 須 平 滑<br />
( 參 照 操 作 手 冊 所 述 將 光 束 調 節 至 最 佳 狀 態 )<br />
5<br />
4<br />
6<br />
7<br />
對 於 EXAFS 區 域 內 之 I0 趨 勢<br />
平 滑 與 否 將 影 響 後 續 數 據 分 析
Group range setting<br />
要 比 較 一 系 列 樣 品 之 趨 勢 , 處 理 數 據 時 對 於 Pre-edge、postedge<br />
line 和 k-range , 要 設 定 成 相 同 之 群 組 範 圍<br />
1<br />
2<br />
3<br />
按 滑 鼠 右 鍵<br />
4
Linear combination setting<br />
1<br />
D:/2013 training course/Athena example/06-linearcombo-test.prj<br />
2<br />
3
Linear combination setting<br />
6<br />
4<br />
5
Linear combination setting<br />
7<br />
8
Linear combination setting<br />
11<br />
13<br />
9 10<br />
12
Linear combination setting<br />
14<br />
16<br />
16<br />
14<br />
17<br />
15
Athena 程 式 教 學<br />
Athena 程 式 教 學 (3): 數 據 分 析 處 理 之 注 意 事 項
Background removal setting
kg setting
kg setting<br />
Note:rbkg 數 值 的 大 小 , 要 以 不 影 響 主 峰 高 度 和 形 貌 為 原 則<br />
rbkg=2.2<br />
rbkg=1<br />
rbkg=0.4
Getting the pre-edge right<br />
Pre-edge 受 到 U K-edge 之 影 響<br />
U:17166 eV and yttrium (Y:17038 eV) K-edges.
Getting the post-edge right<br />
Ti:4966 eV (K-edge) and Ba:5247 eV (L 3 -edge)<br />
Note: 進 行 吸 收 光 譜 實 驗 , 請 先 確 認 樣 品 之 不 同 edge 是 否 會 有 重 疊 之 處 , 以 利 後 續 數<br />
據 處 理 和 分 析
Good and Bad Normalization<br />
Bad: the postedge<br />
line goes too<br />
low near edge<br />
Good: both pre-<br />
& post-edge line<br />
look OK<br />
Bad: the postedge<br />
line goes too<br />
high near edge<br />
Normalized: blue goes too low<br />
red looks OK<br />
green goes too high<br />
Note: Normalization range 必 須 小 心 處 理 , 避 免 影 響 後 續 XANES 疊 圖 和 樣 品 分 析
Spline clamps( 曲 線 鉗 緊 ) setting
Spline clamps( 曲 線 鉗 緊 ) setting<br />
The six predefined values: “none”, “slight”, “weak”,“medium”, “strong”, or “rigid”. These have<br />
values of 0, 3, 6, 12, 24, and 96,
k-weight setting
The interaction between spline and k-weight setting<br />
Sometimes your data are well served by a low “k-weight” and a strong<br />
spline clamp. Other times, a large “k-weight” and a weak clamp work<br />
better. Still other times, a strong “k-weight” and a strong clamp work<br />
best. How do you know what to do There are no hard and fast rules,<br />
although you will develop an intuition for how different data will<br />
respond to different parameter values. Don’t be shy about trying<br />
different combinations.
FT Parameters setting
Understanding of FT<br />
Properties of a Fourier Transform
Understanding of FT<br />
Fourier Transform is a frequency filter<br />
FT
Windows type
Good and Bad k-range for FT<br />
Note:k-min 取 離 Y=0 最 近 的 一 個 點 , 且 數 值 要 大 於 3;k-max 取 離 Y=0 最 近 的 一 個 點 , 且 其 值<br />
要 使 整 個 震 盪 周 期 為 一 完 整 周 期 , 周 期 越 多 越 好 , 但 要 避 免 取 到 雜 訊 ,hanning window 範 圍<br />
要 涵 蓋 整 個 震 盪 周 期
Good and Bad k-range for FT<br />
k-rang is narrow,<br />
the peaks in<br />
R-space separate bad.<br />
k-rang is not good<br />
enough, the separated<br />
peak could be better.<br />
k-rang is great!<br />
Peaks in R-space<br />
separate well.
Phase correction<br />
Phase<br />
Correction on<br />
Phase<br />
Correction off
dk value setting<br />
Note:dk 數 值 的 大 小 , 要 以 不 影 響 主 峰 高 度 和 形 貌 為 原 則<br />
dk=0<br />
dk=1<br />
dk=2
Backward Fourier transform
Backward Fourier transform<br />
Forward Fourier Transform<br />
Backward Fourier Transform
Backward Fourier transform<br />
Note: 反 傅 立 葉 可 以 初 步 判 斷 不 同 配 位 層 之 原 子 數 大 小 , 配 位 的 原 子 越 輕 , 其 圖 形 最 高 點 會<br />
出 現 在 low-k 處 ; 反 之 配 位 原 子 越 重 , 其 圖 形 最 高 點 會 出 現 在 high-k 處<br />
st<br />
1<br />
BFT<br />
st nd<br />
1 2<br />
nd<br />
2
Thank you for your attention !
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