La Retrodispersión de Rutherford (RBS)

La Retrodispersión de Rutherford (RBS)

La Retrodispersión de Rutherford La Retrodispersión de Rutherford (RBS)
(RBS) Javier Miranda Javier Miranda Instituto de Física Instituto de Física Universidad Nacional Universidad Nacional Autónoma de México Autónoma de México Escuela de Verano en Física 2001
Escuela de Verano en Física 2001 Historia de RBS
Historia de RBS • Experimentos de Rutherford, Geiger y Marsden (1911) • Contaminantes en blancos para Física Nuclear (Tollestrup, 1949) • Análisis de contaminación atmosférica (Rubin, 1950) • Elementos traza en blancos gruesos y delgados (Rubin, 1957; Mazari, 1959) • Medición de difusión Au­Cu (Sippel, 1959) • Análisis de suelo lunar por Surveyor V en 1967 (Turkevich, 1968) • Libro de Chu, Nicolet, Mayer (1978)
Retrodispersión de Rutherford (RBS)
(RBS) Cantidades Básicas en RBS
Cantidades Básicas en RBS • • Factor Cinemático de dispersión
Factor Cinemático de dispersión K
K • • Sección Eficaz de Dispersión
Sección Eficaz de Dispersión ds/dW
ds/dW • • Poder de Frenado
Poder de Frenado dE/dx
dE/dx • • Fluctuaciones de Energía
Fluctuaciones de Energía W W BB² ² Factor Cinemático de Dispersión
Factor Cinemático de Dispersión K =
æ
ç
E ' = ç
E ç
è
[1 -
( M 1 M 2 )
2 s e n 1 +
2 1 / 2 q
( M ]
1 +
M
2 ( M ) 1 ö
M 2 ) c o s q ÷
÷
÷ ø
2
Factor cinemático de dispersión
Factor cinemático de dispersión 1.0 0.9 0.8 0.7 K
0.6 C S Ti
Pd Au 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 20 40 60 80 100 q
120 140 160 180 Sección eficaz de dispersión Sección eficaz de dispersión E
q Z 1 e M 1 Z 2 e M 2
Sección Eficaz de Dispersión
Sección Eficaz de Dispersión • Calculada originalmente por Ernest Rutherford • Representa la probabilidad de que ocurra el fenómeno de la dispersión • Cálculo clásico coincide con cálculo cuántico
Cálculo clásico coincide con cálculo cuántico 2 2 d s æ Z 1 Z 2 e ö
4 =ç
÷
d W è 4 E ø sen 4 q
[
ì
í 1 î
(( M 1 M 2 ) sen q
[1 - (( M 1 )
2 1 / 2 ]
M 2 ) sen q
)
ü
+ cos q ý
þ
2 1 / 2 ] 2 Sección eficaz de dispersión
Sección eficaz de dispersión 4 10 C Al
Ni
Te
Pb 3 10 + He 170° 2 ds Ruth /dW (b) 10 1 10 0 10 ­1 10 ­2 10 ­3 10 0 1 2 3 4 Energía de los Iones (MeV)
5 6 4 +
4 +
Efecto de
Efecto de K
K y
y ds/dW
ds/dW (( He He 2 MeV
2 MeV) ) 10 Sección Eficaz (b) Au Cu 1 Pb
Ag Fe Al 0.1 C 0.01 0.0 O 0.5 1.0 Energía (MeV) 1.5 2.0 Poder de frenado
Poder de frenado Poder de frenado
Poder de frenado 3 Poder de Frenado (keV/mm) 10 2 10 1 10 1 26 H ­­> Fe Electrónico Nuclear 0 10 ­1 10 ­2 10 ­2 10 ­1 10 0 10 Energía de los Iones (M eV )
1 10 Poder de frenado para protones
Poder de frenado para protones Poder de Frenado (keV/mm) 300 250 C Fe
Pd
Pt 200 150 100 50 0 0 1 2 3 Energía de los Iones (MeV)
4 5 Fluctuaciones de energía Fluctuaciones de energía ((Straggling
Straggling)) Ion incidente Ion emergente dx 2.0 4.0 Eo 6.0 8.0 2.0 4.0 6.0 Eo ­ S(E)dx
8.0 Efecto del
Efecto del straggling
straggling en un espectro
en un espectro KE 0 Resolución del detector + straggling
Resolución del detector Dispositivo Dispositivo experimental experimental para RBS
para RBS Detector semiconductor Detector semiconductor Semiconductor Pares electrón­ hueco
Cuanto de radiación incidente Contacto óhmico Detector de barrera superficial
Detector de barrera superficial RBS en Películas Delgadas RBS en Películas Delgadas Haz de iones
Energía Cuentas RBS en Blancos Gruesos RBS en Blancos Gruesos Haz de iones
Energía Cuentas RBS en blancos gruesos RBS en blancos gruesos compuestos
compuestos Blanco compuesto Haz de iones Elemento ligero Elemento pesado
Espectro RBS Espectro RBS 3500 C Número de Cuentas 3000 2500 O 2000 1500 1000 500 N a + H 0.7 M eV Puré de Jitom ate Japonés C a 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 E n e rg ía (k e V )
Análisis Cuantitativo con RBS Análisis Cuantitativo con RBS d s
A = Q W
Nt
d W
Películas delgadas
Películas delgadas Análisis RBS de una película de Óxido de Cobalto
Otros efectos en RBS
Otros efectos en RBS • Desviaciones de la sección eficaz con respecto a la formulación de Rutherford • Canalización
Desviaciones de la sección eficaz con Desviaciones de la sección eficaz con respecto a la ecuación de Rutherford
respecto a la ecuación de Rutherford 2 5 1 6 1 6 O ( a , a ) O
q L a b = 1 7 0 °
2 0 s/s Ruth 1 5 1 0 5 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0 4 . 5 E n e r g ía d e lo s I o n e s ( M e V )
5 . 0 5 . 5 Espectro de un superconductor
Espectro de un superconductor Canalización
Canalización Monocristal
Iones incidentes Canalización
Canalización Espectro normal Contribución aleatoria Espectro con canalización
Método para canalización
Método para canalización Ion incidente
Muestra monocristalina Espectro de películas de CoSi Espectro de películas de CoSi 2 2 en en Si(111) con canalización
Si(111) con canalización Ventajas de RBS
Ventajas de RBS • Sensible para elementos pesados en una matriz ligera • Útil cuando se requiere conocer la matriz de una muestra • Proporciona información en profundidad • Combinado con canalización da información sobre la estructura cristalina
Desventajas de RBS
Desventajas de RBS • No tiene buena resolución para elementos parecidos en masa atómica • La simulación de un espectro no tiene solución única • Los límites de detección son altos