Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM25: PositronenannihilationM25: PositronenannihilationDie Positronenannihilations-Spektroskopie isteine der wenigen spezifischen Messmethodenzur zerstörungsfreien Untersuchung von Festkörpernauf atomarem Niveau. Das Positron kann alshochmobile Sonde in einen Festkörper eingebrachtwerden, und kann dort in Gebieten mit verringerterElektronendichte (Leerstellen, Grenzflächen etc.)eingefangen werden. Schlussendlich zerstrahlt esmit Elektronen. Durch Messung und Analyse derPositronenlebensdauer und der Energie der Zerstrahlungsquantenkönnen Informationen über dielokale Elektronendichte am Zerstrahlungsort undüber die chemische Natur der umgebenden Atomegewonnen werden.Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons,es wird bei einem radioaktiven β-Zerfall emittiert.Dringt das Positron in einen Festkörper ein, wirdes innerhalb weniger Pikosekunden abgebremst(thermalisiert). Bei der anschließenden Diffusionim defektfreien Festkörper wird es nach einer gewissenZeit mit einem Elektron zerstrahlen. Fallsim Festkörper Defekte wie z.B. Leerstellen oderfreie Volumina vorhanden sind, kann das Positronin diesen eingefangen werden und zerstrahlt danndort mit einer für den Defekt spezifischen verlängertenLebensdauer (s. Abb. 1). Aus der Größe derLebensdauer kann also auf die Größe des Defektesoder auf die Größe des freien Volumens geschlossenwerden.Im Wesentlichen findet die Zerstrahlung mitden nur schwach gebundenen Valenzelektronenstatt. Ein relativ kleiner Anteil von einigen Prozentenrührt von der Annihilation mit Rumpfelektronenumgebender Atome her. Durch Messung der koinzidentenDopplerverbreiterung der Energie derbei der Annihilation auftretenden γ-Quanten sowieeiner genaue Analyse der erhaltenen Spektren kannzwischen den beiden Annihilationsarten unterschiedenwerden. Es zeigt sich, dass der Bereich hoherEnergien, der charakteristisch für die Annihilationmit Rumpfelektronen ist, sich von Element zu Elementunterscheidet und die spezifische Analyse derchemischen Umgebung des Ortes der Zerstrahlungermöglicht.Abbildung 1:Einfang und Annihilation eines Positronsin einem Kristalldefekt (Leerstelle).Index Kontakte Institute Lösungen MethodenHandbuch der Nanoanalytik Steiermark 200563