Auger-elektronenspectroscopie (AES) is een ongelooflijk nuttige techniek voor het onderzoeken van materiaalmonsters, maar de huidige aannames over het proces negeren enkele van de belangrijkste tijdsafhankelijke effecten die het met zich meebrengt. Tot nu toe heeft dit geresulteerd in te vereenvoudigde berekeningen, waardoor de techniek uiteindelijk zijn volledige potentieel niet heeft kunnen bereiken.

In een studie gepubliceerd in The European Physical Journal Plus Alberto Noccera van de Universiteit van British Columbia, Canada, ontwikkelde samen met Adrian Feiguin van de Northeastern University, Verenigde Staten een nieuwe computationele benadering die een nauwkeurigere theoretische beschrijving van het AES-proces biedt, waarbij rekening wordt gehouden met de tijdsafhankelijkheid ervan. Hun methode zou onderzoekers kunnen helpen de kwaliteit van materiaalanalyses op een breed scala aan gebieden te verbeteren:waaronder chemie, milieuwetenschappen en micro-elektronica.

Bij het Auger-proces wordt een elektron in de binnenschil aanvankelijk uit zijn atoom geschopt, vaak door een botsing met een energetische lichtpuls. Daarna wordt de vacature die het achterlaat opgevuld door een buitenste schil-elektron.

Terwijl dit elektron tussen schillen springt, wordt een deel van zijn overtollige energie overgedragen aan een ander elektron in de buitenste schil, dat vervolgens als een Auger-elektron uit het atoom wordt uitgestoten. Omdat de energiespectra van Auger-elektronen sterk afhankelijk zijn van atomaire structuren, kan AES worden gebruikt als een nauwkeurige sonde van de elementaire samenstelling in materiaalmonsters.

Momenteel wordt algemeen aangenomen dat de energie die tijdens het proces aan het atoom wordt verleend, onmiddellijk wordt herverdeeld nadat het aanvankelijke elektron in de binnenschil is uitgestoten. Hierbij wordt echter voorbijgegaan aan de bewegingen van de elektronen rond de initiële vacature in de tijd na de uitstoot, en hoe dit proces varieert met de duur van de initiële lichtpuls.

In hun onderzoek ontwikkelden Noccera en Feiguin een meer geavanceerde computationele benadering:rekening houden met de manier waarop elektronenladingen en excitaties in de loop van de tijd worden herschikt met variërende lichtpulsduur, en het resulterende effect op de herverdeling van energie door het atoom.

Op hun beurt geeft het duo een nauwkeuriger beeld van het energiespectrum van het Auger-elektron. Nadat ze hun aanpak op een modelsysteem hadden getest, hebben ze er nu vertrouwen in dat dit onderzoekers in toekomstige studies zou kunnen helpen het volledige potentieel van AES te ontsluiten.

Meer informatie: Alberto Nocera et al., Auger-spectroscopie voorbij de ultrakorte benadering van de kern-gat-relaxatietijd, The European Physical Journal Plus (2023). DOI:10.1140/epjp/s13360-023-04717-4

Geleverd door SciencePOD