SPECTROSCOPIA MÖSSBAUER: METODA DE STUDIU A SUPRAFEŢEI

Autor/autori: Ion BIBICU

Rezumat: Studiul suprafeţelor implică o categorie foarte largă de tematici de cercetare şi metode. Tipul de informaţie de suprafaţă inregistrată este controlat de metodologia folosită şi implică, în mod obişnuit, o interacţie între o proba selectată şi atomii de suprafaţă. Particule de joasă energie ca electronii, razele gama sau X şi neutronii sunt probe de suprafaţă populare. Prin interacţiunile cu materialul o probă secundară, sensibilă pentru suprafaţă, poate fi emisă pentru detecţie. Acesta este cazul în spectroscopia Mössbauer. Spectroscopia Mössbauer (sau rezonanţa nucleară gama) reprezintă fenomenul de absorbţie sau emisie fără recul a radiaţiei gama de către nuclee încorporate într-o matrice solidă. După absorbţia rezonantă a radiaţiei gama, nucleul se poate dezexcita prin emisia radiaţiei gama sau printr-un process de conversie internă. În acest process de conversie internă un electron din straturile interne (K sau L) este emis. Emisia electronilor de conversie internă este acompaniată de o radiaţie X caracteristică emisă ca rezultat al repopulării nivelelor energetice interioare. Studii de suprafaţă la diferite adâncimi pot fi realizate prin detecţia celor 3 radiaţii retroîmprăştiate. Spectroscopia Mössbauer are una din cele mai importante caracteristici: capacitatea de a efectua simultan analize de suprafaţă şi volum. Spectroscopia Mössbauer este o tehnică nedistructivă care poate fi aplicată in situ pentru a cerceta suprafeţe folosind radiaţia secundară emisă după absorbţia rezonantă a radiaţiei gama. O scurtă descriere a metodei este prezentată. Metoda permite o analiză detailată a stării chimice a atomilor Mössbauer în cadrul materialului studiat, incluzând starea de valenţa şi compusul chimic. Sunt date aplicaţii selectate ale Spectroscopiei Mössbauer în studiul suprafeţelor obţinute de autor în Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor, Bucuresti – Magurele. Aplicaţii au fost realizate cu toţi izotopii Mössbauer, măsurabili la temperatura camerei: 57Fe, 119Sn, 151Eu. Sunt prezentate dispozitive experimentale realizate pentru aceste studii

Cuvinte cheie: spectroscopie Mössbauer, studii de suprafaţã, 57Fe, 119Sn, 151Eu

Abstract: The study of surfaces covers a very broad category of research topics and methods. The type of surface information recorded is controlled by the used methodology and typically involves an interaction between a selected probe and surface atoms. Low energy particles such as electrons, gamma or X rays and neutrons are popular surface probes. Through interactions with the material a surface sensitive secondary probe may be emitted for detection. Such is the case in Mössbauer spectroscopy. Mössbauer spectroscopy (or nuclear γ resonance) is based on the incorporation of the emitting and absorbing nuclei within a solid matrix, which enables resonant recoil free absorption and emission of γ-rays. Following resonant absorption of a gamma ray, the nucleus may de-excite by emission of a gamma ray or by the process of internal conversion where an inner (K or L) shell electron is emitted. Accompanying conversion electron emission is a characteristic X-ray emitted as a result of the repopulation of the inner energy levels. Detecting the three backscattered particles, it is possible to perform surface studies at different depths. Mössbauer spectroscopy has, one of its most important features, the ability to simultaneously undertake bulk and surface analyses. It is a non-destructive technique that can be applied in situ to investigate surfaces of varying thickness using the secondary radiation emitted after resonant absorption of a gamma ray. A short description of the technique is presented. It allows a detailed analysis of the chemical state of Mössbauer atoms within the material, including valence state and chemical compound. Some applications of Mössbauer spectroscopy in the surface studies obtained by author, in National Institute of Materials Physics, are given. The applications were performed with all Mössbauer isotopes, measurable at room temperature: 57Fe, 119Sn, 151Eu. The experimental devices, realized for such studies are presented

Keywords: Mössbauer Spectroscopy, Surface studies, 57Fe, 119Sn, 151Eu

DOWNLOAD PDF