Fizikai Szemle nyitólap |
Tartalomjegyzék |
Fizikai Szemle 2003/9. 336.o.
Gergely György
MTA Műszaki Fizikai és
Anyagtudományi Kutatóintézet
"A legnagyobb megtiszteltetés, ha valakinek nevét kisbetűvel írják. Amikor a műszerfalon az »auger« szót olvasom, azt az effektus elismerésének érzem, melynek megtisztelő nevét viselem." Pierre Auger
Pierre Auger (1899-1993) 1923-ban publikálta közleményét [1] a Francia Akadémia folyóiratában a később róla elnevezett Auger-effektusról. Megemlékezésemben először a felfedezést ismertetem, mely később a 20. század egyik nagy hatású felismerésének bizonyult, ma is széles körű kutatások témája. Szólok a jelenleg legfontosabb problémákról és a hazai eredményekről.
P. Auger 1922-ben szerzett fizikus oklevelet a párizsi École Normale Supérieur-ön, majd a Nobel-díjas J. Perrin laboratóriumában folytatta doktori munkáját. Feladata volt az első Wilson-kamra megépítése Franciaországban, melyet Francis Perinnel sikeresen megvalósított. Ezután röntgensugárzás hatását vizsgálta argonatomokon. Azt tapasztalta, hogy a ködkamrában egy pontból két elektronpálya indul, az egyik hosszát a gerjesztő röntgenfoton energiája határozza meg, a másik hossza ettől független. Kutatásait más gázokon (főként nemesgázokon) folytatva azt észlelte, hogy a "második" elektronpálya hosszát a rendszám határozza meg.
Mai szemmel nézve is lenyűgöző a P. Auger által az 1923-26-os években kifejlesztett kísérleti technika. Ennél azonban fontosabb, hogy P. Auger a jelenségre ma is érvényes modellt, értelmezést adott. A nemzetközi szakirodalom később Auger-effektusnak nevezte el a felfedezést. Az 1. ábra mutatja a folyamatokat.
A primer Ep, energiájú röntgenfoton hatására az atom E1 héjából kilép egy fotoelektron, melynek energiája Ep-E1. E1 a kötési energia. Az ionizált E1 nívót egy E2 héjból származó elektron semlegesíti. Az energiakülönbséget egy harmadik, E3 nívóról származó elektron veszi át, melynek energiáját az atom energianívói határozzák meg. Az anyagra és annak Z rendszámára jellemző EA, az Auger-elektron energiája. Az Auger-elektron mellett vagy helyett keletkezhet röntgenfoton is. Természetesen ez csupán nagyon egyszerű közelítés. P. Auger történelmi felfedezését az alábbiakban foglalhatjuk össze:
P. Auger 1926-ig folytatta ezeket a kutatásokat, melyekről benyújtotta doktori értekezését. A vitán Mme M. Curie elnökölt, J. Perrin volt az egyik bíráló.
A részletes publikáció az Annales de Physique-ben jelent meg [2]. Felfedezésének akkoriban nem volt nagy hatása, a röntgenspektroszkópia felvette eszköztárába. Az 1952-ig elért eredményeket Burhop 188 oldalas könyvecskéjében foglalta össze [3].
Az 1. ábra érvényes akkor is, ha a gerjesztést primer elektron végzi. 1953-ban Lander a Bell Laboratóriumban a szekunder elektronok spektrumában észlelt kis csúcsokat, melyeket Auger-átmenetekkel azonosított, de ezek a kísérleti technika és a vákuum akkori helyzetében nem voltak még alkalmasak analízisre.
Az Auger-spektrometriát L. Harris valósította meg 1967-ben a General Electric kutatólaboratóriumában. Alapvetően új lépései a kísérleti technika területén: a derivált spektrumot állította elő, ultravákuumban végzett felületvizsgálatokat. A 10-10 mbar UHV-t ionszivattyúval állította elő. Felfedezését a GE Reports házi folyóiratban publikálta [4], és benyújtotta a Journal of Applied Physics folyóiratnak, mely azonban ezt elutasította. Hosszas viták után 1968-ban jelent meg Harris munkája [5]. Harris viszontagságairól részletesebben szólok [6] közleményemben. 1967-ben jelent meg Siegbahn és munkatársai ESCA könyve, a röntgen-fotoemissziós spektrometria (XPS) bibliája [7], mely részletesen közli az elemek Auger-átmeneteit (XAES). Erre Harris hivatkozott.
Harris felfedezésének óriási hatása volt, számos laboratórium kezdte el a kutatásokat. Már 1968-ban a Varian cég kereskedelmi forgalomba hozta első Auger-spektrométerét. Az Auger-elektron-spektrometria (jele AES) elnevezést N. Taylor (Varian) vezette be. L. Harris 1973-ban az Amerikai Vákuum Egyesület Welch-érmét nyerte el. Messze túllépné ezen közlemény kereteit az Auger-effektus és az AES eredményeinek felsorolása is, ezekről ma már könyvtárnyi irodalom áll rendelkezésre. A fő eredmények megtalálhatók Seah és Briggs kézikönyvében [8], valamint hazai ismertető munkáimban [9]. Az AES-t és az XAES-t a technológia, az anyagvizsgálatok csaknem minden területén alkalmazzák, beleértve a biotechnikát is.
A következőkben az Auger-effektus jelenleg legfontosabbnak ítélt néhány problémájáról szólok, bár választásom önkényes. Fő szempontom az AES határparamétereinek javítása, a problémákat taglaltam [6] közleményemben.
Az Auger-csúcsot elektronspektrométerrel detektáljuk. A mért csúcs intenzitását a spektrométer működési szögtartománya határozza meg, valamint a mintavétel mélysége. Az elektrontranszport folyamat egyik fizikai paramétere az elektronok rugalmatlan szabad úthossza (jele IMFP), melyet kísérletileg rugalmas szórással lehet meghatározni [12]. Az MFKI-LTA Fizikai Kémiai Intézetével közös eredménye az IMFP kísérleti meghatározása rugalmas csúcs spektrometria segítségével [12], melyet 1984 óta folyamatosan tovább fejlesztettünk, és határoztuk meg ily módon számos anyag IMFP értékeit. További fizikai folyamatok az Auger-elektronok rugalmas visszaszóródása, valamint gerjesztése a visszaszórt elektronokkal (jelnövekedés). A jelenlegi kutatások a felületi veszteségekkel foglalkoznak (jelcsökkenés).
A szakirodalomban számos kutatóhely foglalkozik az Auger-emisszió-transzport folyamataival, főként Monte Carlo módszer alkalmazásával, valamint a jelfeldolgozás problémáival.
A következőkben az Auger-effektus és -spektrometriák hazai műveléséről szólok. 1967-ben javasoltam Szigeti György akadémikusnak, az MFKI igazgatójának a felületi fizikai kutatások megindítását. Szigeti György jól látta a jövőt, és gáncsoskodások ellenére megvalósította 1968-ban a Vacuum Generators UHV-ban működő LEED 4 rácsos spektrométerének beszerzését. Ebből hoztuk létre az első hazai Auger-spektrométert 1973-ban [13]. Ennek továbbfejlesztése volt 1976-ban a Riber CMA spektrométer és UHV fraktográfia. A nagyberendezésben - ahol erre lehetőség volt - hazai egységekre (Tungsram UHV) és elektronikára (KFKI, Tóth Ferenc) támaszkodtunk [14]. Már 1974-ben az ATOMKI megépítette saját, nagy feloldású DCMA (kettős CMA) spektrométerét és elindította az XPS-XAES kutatásokat [15].
A következő években 6 hazai kutatóhely vásárolt akkor korszerű elektronspektrométereket: BME Atomfizika PHI-SAM (mikroszkóp) 1978, JATE-MTA Reakciókinetika, Szeged (1981). MTA IKI (KRATOS 1986) MTA SZKKL (KRATOS 1986), jelenleg KKK (VG XPS mikroszkóp 1999). A Tungsram GE BIKK is üzemeltetett Riber CMA spektrométert, melyet átadott az MFA-nak. A felsorolt kutatóhelyek mindegyike legalább két elektronspektrométerrel dolgozik jelenleg.
1998-ban az MTA MFA Staib DESA 100 spektrométerét helyezte üzembe a Riber CMA mellett. A hazai kutatóhelyek 1991. évi helyzetét és főbb eredményeit [16] könyvünkben foglaljuk össze. Becslésem szerint a hazai közlemények száma négyjegyű. A hazai AES, XAES kutatások túlnyomó hányada anyagkutatás, illetve felületi kémiai kutatás. Az Auger-effektusról 1989-ben Debrecenben nemzetközi konferencia, 1992-ben a Tungsram GE hazai konferenciája emlékezett meg.
Befejezésként P. Auger-ról szólok [17]. 1937-ben a Sorbonne professzora lett. A háború alatt Kanadában dolgozott, ahol az angol atomkutatásokban vett részt. 1948-ban az UNESCO tudományos igazgatója, 1977-ben a Francia Tudományos Akadémia tagja lett. Részt vett a genfi CERN létrehozásában, majd az ESRO űrkutatási szervezet létrehozásában. 90. születésnapján Párizsban még előadást tartott a tiszteletére rendezett nemzetközi konferencián. 1993-ban hunyt el.
P. Auger 1923. évi felfedezése a fizika, felületi fizika és kémia, az atomfizika és a szilárdtestfizika terén is a fizika hatalmas területét fogja át, ma is időszerű kutatási terület. Ennél lényegesen több az anyagtudományi és technológiai alkalmazás. Az AES a mikroelektronika révén lényeges szerepet játszott a számítógépek kifejlesztésében is. (Hazánkban jelenleg 6 kutatóhely foglalkozik a témával és alkalmazza az AES-t, XAES-t).
Irodalom