7.5
Multiple-Scattering and Band Structure Treatments . . . . . . . . . 170
7.5.1
The Water Story . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.5.2
Band Structure Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.6
Charge-Transfer Multiplet Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.6.1
The Hamiltonian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.6.2
Core-Hole Spin-Orbit Splitting . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.6.3
Core-Hole $ Valence Shell Coulomb
and Exchange Interactions: F and G . . . . . . . . . . . . . 176
7.6.4
Ligand Field Splittings: 10Dq . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.6.5
Charge Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.7
Simulation-Free Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.1
Inflection Point or Centroid Position . . . . . . . . . . . . 179
7.7.2
Branching Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.3
Integrated Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.4
Some Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.8
X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) . . . . . . . . . . . . . 181
7.8.1
The XMCD Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.8.2
XMCD Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.8.3
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.9
Suggested Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.10
Reference Books and Review Articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.11
Popular XANES Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8
Photon-in Photon-out Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.2
High-Energy Resolution X-ray Fluorescence
(HERXRF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.2.1
Why HERXRF? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.2.2
The HERXRF Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.2.3
X-ray Fluorescence Fine Structure . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.4
Spin-Orbit Coupling Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.5
Multiplet Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.6
Configuration Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.7
Valence Molecular Orbitals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.8
Multi-electron Excitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.9
Fluorescence Magnetic Dichroism . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.10
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.3
Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS) . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3.1
Why RIXS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3.2
The RIXS Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.3.3
Direct RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.3.4
Indirect RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.3.5
The RIXS Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.3.6
K-L RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.3.7
Charge-Transfer RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
xvi
Contents
Multiple-Scattering and Band Structure Treatments . . . . . . . . . 170
7.5.1
The Water Story . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.5.2
Band Structure Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.6
Charge-Transfer Multiplet Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.6.1
The Hamiltonian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.6.2
Core-Hole Spin-Orbit Splitting . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.6.3
Core-Hole $ Valence Shell Coulomb
and Exchange Interactions: F and G . . . . . . . . . . . . . 176
7.6.4
Ligand Field Splittings: 10Dq . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.6.5
Charge Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.7
Simulation-Free Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.1
Inflection Point or Centroid Position . . . . . . . . . . . . 179
7.7.2
Branching Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.3
Integrated Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.7.4
Some Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.8
X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) . . . . . . . . . . . . . 181
7.8.1
The XMCD Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.8.2
XMCD Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.8.3
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.9
Suggested Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.10
Reference Books and Review Articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.11
Popular XANES Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8
Photon-in Photon-out Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.2
High-Energy Resolution X-ray Fluorescence
(HERXRF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.2.1
Why HERXRF? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.2.2
The HERXRF Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.2.3
X-ray Fluorescence Fine Structure . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.4
Spin-Orbit Coupling Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.5
Multiplet Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.2.6
Configuration Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.7
Valence Molecular Orbitals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.2.8
Multi-electron Excitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.9
Fluorescence Magnetic Dichroism . . . . . . . . . . . . . . 199
8.2.10
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.3
Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS) . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3.1
Why RIXS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3.2
The RIXS Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.3.3
Direct RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.3.4
Indirect RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.3.5
The RIXS Plane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.3.6
K-L RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.3.7
Charge-Transfer RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
xvi
Contents