Эффект Оже

Эффе́кт Оже́ (оже́-эффе́кт, эффект Оже́-Mейтнер) — вылет электрона атомной оболочки вследствие безызлучательного перехода в атоме при снятии возбуждения, возникшего в результате образования по какой-либо причине на одной из внутренних оболочек вакансии. Вакансия может возникнуть при выбивании другого электрона рентгеновским или гамма-излучением, электронным ударом, а также в результате ядерных процессов — внутренней конверсии при переходе между уровнями ядра либо захвата электрона ядром (одного из видов бета-распада)^[1]. Данное явление было впервые обнаружено и опубликовано в 1922 году Лизой Мейтнер^[2]. Пьер Оже, имя которого получил эффект, независимо обнаружил его в 1923 году на основе анализа экспериментов в камере Вильсона^[3].

(a) Налетающий электрон (или фотон) создаёт вакансию на уровне $\text{[math]}$ 1s, и электрон из уровня $\text{[math]}$ 2s заполняет вакансию, при этом энергия передаётся на электрон $\text{[math]}$ 2p, который также покидает атом, в итоге образуются две вакансии на орбиталях $\text{[math]}$ 2s и $\text{[math]}$ 2p. (b) Показан тот же процесс с помощью спектроскопической нотации, KL1L2,3

Состояние положительного иона с вакансией, образовавшейся на внутренней электронной оболочке, неустойчиво, и электронная подсистема стремится минимизировать энергию возбуждения за счёт заполнения вакансии электроном с одного из вышележащих электронных уровней. Выделяющаяся при переходе на нижележащий уровень энергия может быть либо испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, либо передана третьему электрону, который вынужденно покидает атом. Первый процесс более вероятен при энергии связи электрона, превышающей 1 кэВ, второй — для лёгких атомов и энергии связи электрона, не превышающей 1 кэВ.

Второй процесс называют по имени его открывателя Пьера Оже — «эффектом Оже», а высвобождающийся при этом электрон, которому был передан избыток энергии, — оже-электроном. Кинетическая энергия оже-электрона не зависит от энергии возбуждающего излучения, а определяется структурой энергетических уровней атома. Спектр оже-электронов дискретен (в отличие от непрерывных спектров электронов, образующихся при бета-распаде ядер). Энергия связи $\text{[math]}$ E_св электрона, которому передаётся энергия возбуждения $\text{[math]}$ E_в при оже-процессе, должна быть меньше $\text{[math]}$ E_в. Кинетическая энергия оже-электрона равна разности энергии возбуждения и энергии связи: $\text{[math]}$ E_к = E_в − E_св. Типичные кинетические энергии оже-электронов для разных атомов и переходов составляют от десятков эВ до нескольких кэВ.

После вылета оже-электрона на его месте остаётся вакансия, поэтому оболочка всё ещё находится в возбуждённом состоянии (энергия остаточного возбуждения равна энергии связи вылетевшего оже-электрона). Вакансия, если она не на самом верхнем уровне, заполняется электроном с более высокой оболочки, а энергия уносится испусканием характеристического рентгеновского фотона или нового оже-электрона. Это происходит до тех пор, пока вакансии не перемещаются на самую верхнюю оболочку (в свободном атоме) либо не заполняются электронами из валентной зоны (когда атом находится в веществе). Свободный атом в результате перехода Оже, инициированного выбиванием электрона внешним излучением или эффектом внутренней конверсии, становится как минимум двухзарядным положительным ионом (первая ионизация — выбивание электрона, вторая — вылет оже-электрона). В результате эффекта Оже, инициированного электронным захватом, может образоваться однозарядный положительный ион (поскольку в результате электронного захвата заряд атомного ядра уменьшается на единицу).

Энергия вакансии может быть с ненулевой вероятностью передана любому из электронов с вышележащих уровней, поэтому спектр оже-электронов обычно состоит из множества линий. Среднее время $\text{[math]}$ τ от возникновения вакансии до её заполнения конечно (и мало́), поэтому оже-линии имеют конечную ширину $\text{[math]}$ ΔE ≈ ħ/τ ~ 1...10 эВ, соответствующую ширине распада $\text{[math]}$ Γ данного атомного состояния.

Оже-переходы в конденсированном веществе могут происходить вследствие заполнения вакансий электронами валентной зоны, в результате чего ширина оже-линий увеличивается, по сравнению с переходами в одиночных атомах. Оже-переходы могут происходить также в свободных молекулах. Молекулярный оже-спектр существенно сложнее оже-спектров одиночных атомов.

Переход Костера — КронигаПравить

Особый случай оже-эффекта, в котором вакансия заполняется электроном внешнего подуровня той же оболочки, носит название перехода Костера — Кронига. В случае, когда и эмиттируемый электрон принадлежит к той же оболочке, эффект называют суперпереходом Костера — Кронига. Эффект Костера — Кронига был назван в честь открывших его нидерландских физиков Дирка Костера и Ральфа Кронига.

ПрименениеПравить

Применяется в оже-спектроскопии — методе, основанном на анализе распределения по энергии электронов, возникших в результате оже-эффекта.

ПримечанияПравить

↑ IUPAC Gold Book internet edition: «Эффект Оже».
↑ L. Meitner. Über die Entstehung der β-Strahl-Spektren radioaktiver Substanzen (нем.) // Zeitschrift für Physik : magazin. — 1922. — Bd. 9, Nr. 1. — S. 131—144. — doi:10.1007/BF01326962. — Bibcode: 1922ZPhy....9..131M.
↑ P. Auger. Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X, C.R.A.S. 177 (1923) 169—171.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

Парилис Э. С. Эффект Оже. — Таш.: Фан, 1969. — 211 с.
Meitner L. Über die Entstehung der β-Strahl-Spektren radioaktiver Substanzen (нем.) // Z. Physik. — 1922. — Bd. 9, H. 1. — S. 131—144. — doi:10.1007/BF01326962. — Bibcode: 1922ZPhy....9..131M.
Auger P. Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X (фр.) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. — 1923. — Vol. 177, livr. 3. — P. 169—171.
Duparc O. H. Pierre Auger – Lise Meitner: Comparative contributions to the Auger effect (англ.) // International Journal of Materials Research (formerly Zeitschrift fuer Metallkunde). — 2009. — Vol. 100, iss. 09. — P. 1162. — doi:10.3139/146.110163..
Burhop E. H. S. The Auger Effect and Other Radiationless Transitions (англ.). — Cambridge Monographs on Physics, 1952.
Chattarji D. The Theory of Auger Transitions (англ.). — London: Academic Press, 1976..

СсылкиПравить

IUPAC Gold Book internet edition: «Auger electron».

[1] IUPAC Gold Book internet edition: «Эффект Оже».

[2] L. Meitner. Über die Entstehung der β-Strahl-Spektren radioaktiver Substanzen (нем.) // Zeitschrift für Physik : magazin. — 1922. — Bd. 9, Nr. 1. — S. 131—144. — doi:10.1007/BF01326962. — Bibcode: 1922ZPhy....9..131M.

[3] P. Auger. Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X, C.R.A.S. 177 (1923) 169—171.

[1]

[2]

[3]