J. Phys. France 38, 1117-1128 (1977)
DOI: 10.1051/jphys:019770038090111700

Relaxation shifts, line shapes and satellites in the x-ray and absorption spectroscopy of adsorbed species

B. Gumhalter

Department of Mathematics, Imperial College, London SW 7, England

Abstract
Calculations of relaxation shifts, X-ray edge line shapes and satellites appearing in the photoemission and absorption spectra of adsorbate electron levels are presented. The formalism of the surface response function is developed for treating the nonbonding surface induced effects in adsorbate electron states. It is shown that relaxation shifts and asymmetric level broadening characteristic of adsorbate core level X-ray photoemission spectra can be ascribed to screening and shake up processes in metallic substrates. The role of the dynamic screening in production of inelastic satellite structure in XPS of core levels is examined and the variation of the satellite intensity and spread with the adatom separation from the surface is calculated. Level shifts and satellites appearing in absorption spectroscopy of core → valence level electron transitions in adsorbed atoms are discussed within a simple model of a chemisorption system which accounts for both chemical bonding and screening effects. A complete solution to the problem is obtained in the weak coupling limit using a special perturbation expansion. The results for the magnitude of relaxation shifts and satellite intensity differ remarkably from the corresponding ones in XPS.

Résumé
On présente des résultats de calculs de déplacements de relaxation, de bords de ligne d'absorption de rayons X, et de satellites des spectres d'absorption et de photoémission des niveaux électroniques d'adsorbats. Le formalisme de la fonction réponse de la surface est développé pour traiter les effets non liants induits par la surface dans les états électroniques d'adsorbats. On montre que les déplacements de relaxation et les élargissements du niveau asymétrique, caractéristiques pour des spectres de photoémission X à partir des états profonds, peuvent être attribués aux effets d'écrantage et de shake up dans les substrats métalliques. Le rôle de l'écran dynamique dans la production de structure satellite inélastique dans l'XPS des niveaux profonds est examiné et les variations de l'intensité et de la largeur des satellites en fonction de la séparation adatome-surface sont calculées. Les déplacements des niveaux et des satellites apparaissant dans les spectres d'absorption des transitions entre les états profonds et ceux de valence des atomes adsorbés sont discutés dans un modèle simple d'un système de chimisorption qui tient compte de la liaison chimique et des effets d'écran. Une solution complète du problème est obtenue dans la limite de faible couplage, utilisant une méthode spéciale de perturbation. Les résultats pour les déplacements de relaxation et pour l'intensité des satellites sont remarquablement differents de ceux obtenus en XPS.

PACS
6843 - Chemisorption/physisorption: adsorbates on surfaces.
7870D - X-ray absorption spectra.
7960 - Photoemission and photoelectron spectra.

Key words
chemisorption -- spectral line breadth -- X ray absorption spectra -- X ray photoelectron spectra