ELECTRÓN AUGER La emisión electrónica Auger es un fenómeno físico en el cual la desaparición de un electrón interno de un átomo causa la emisión de un segundo electrón. El segundo electrón emitido es llamado electrón Auger.
Historia La emisión Auger fue descubierta en 1920 por Lise Meitner, física de nacionalidad austríaca, que lo reportó en 1923 en la revista Zeitschrift für Physik. Subsecuentemente Pierre Victor Auger, físico francés, también descubre el proceso que reporta en la revista Radium en 1925. La mayor influencia de la segunda revista dio como consecuencia que Auger sea el nombre dado al fenómeno.
El efecto Auger El efecto Auger es un fenómeno físico en el que el llenado de una vacante del centro de la capa de un átomo se acompaña de la emisión de un electrón del mismo átomo. Cuando se retira un electrón de núcleo, dejando una vacante, un electrón desde un nivel de energía superior puede caer en la vacante, lo que resulta en una liberación de energía. Aunque a veces esta energía se libera en forma de un fotón emitido, la energía también se puede transferir a otro electrón, que se expulsa desde el átomo. Este segundo electrón expulsado se llama electrones Auger, después de uno de sus descubridores, Pierre Victor Auger. Después de la eyección de la energía cinética del electrón Auger corresponde a la diferencia entre la energía de la transición electrónica inicial y la energía de ionización de la capa de electrones desde el que se expulsa el electrón Auger. Estos niveles de energía dependen del tipo de átomo y el entorno químico en el que se encuentra el átomo. Espectroscopia de electrones Auger consiste en la emisión de electrones Auger mediante el bombardeo de una muestra con rayos X o electrones energéticos ya sea y mide la intensidad de electrones Auger como una función de la energía de electrones Auger. El espectro resultante se puede utilizar para determinar la identidad de los átomos emisores y alguna información sobre su entorno. Sinfín de recombinación es un efecto Auger similar que se produce en los semiconductores. Un agujero de electrón y electrón puede recombinar renunciar a su energía de un electrón en la banda de conducción, el aumento de su energía. El efecto inverso se conoce como ionización por impacto.
Descubrimiento El proceso de emisión Auger fue descubierto en 1922 por Lise Meitner, un físico austríaco-sueco, como un efecto secundario en su búsqueda competitiva de los electrones beta nucleares con el físico británico Charles Drummond Ellis. El físico francés Pierre Victor Auger también se descubrió en
1923 en el análisis de una nube de Wilson experimento cámara y se convirtió en la pieza central de su trabajo de doctorado. De alta energía de rayos X se aplicaron para ionizar las partículas de gas y observar los electrones fotoeléctricos. Observación de pistas de electrones independientes de la frecuencia del fotón incidente sugirió un mecanismo de ionización de electrones que fue causado por una conversión interna de la energía de una transición sin radiación. La investigación adicional y el trabajo teórico mostraron que el efecto era un efecto sin radiación más que un efecto de conversión interna mediante el uso de la mecánica cuántica elementales y la tasa de transición y los cálculos de probabilidad de transición.
El proceso de emisión Cuando un electrón es arrancado de una de las capas internas de un átomo, dejando una vacante o hueco, un electrón de un nivel de energía externo puede caer en esta vacante, resultando en un exceso de energía. Este exceso de energía es frecuentemente liberada por la emisión de un fotón (fluorescencia de rayos X), aunque también puede ser transferida a otro electrón, el cual es emitido del átomo. La energía del electrón Auger corresponde a la diferencia entre la energía de la transición electrónica primaria y la energía de ionización para la capa de la cual el electrón Auger fue emitido. Esos niveles electrónicos dependen del tipo de átomo y del ambiente químico en el cual se encontraba el átomo. SENSIBILIDAD A LA SUPERFICIE El electrón Auger se mueve por el sólido y pronto pierde su energía al chocar con los demás electrones que sí se mantienen ligados a sus átomos. Si el electrón ha sido producido cerca de la superficie puede escapar con una pérdida de energía pequeña o nula y ser detectado por un espectrómetro que mida su energía. Son entonces dos los efectos que hacen que los electrones Auger lleven información principalmente de los átomos de la superficie: en primer lugar es más fácil que salgan a la superficie los electrones Auger producidos cerca de ella y, en segundo, los electrones sonda no penetran mucho debido a las fuertes interacciones que tienen con los electrones del medio.
Espectroscopia electrónica Auger La espectroscopia de electrones Auger es una técnica analítica usada en la ciencia de superficies y en la ciencia de materiales. Se basa en el proceso emisión Auger por medio del bombardeo de una muestra con rayos X o electrones energéticos en el rango de 2-50 keV.
Proceso En esta espectroscopia se mide la intensidad o número de cuentas como función de la energía cinética de los electrones emitidos de la superficie de la muestra, algunos de los cuales son los característicos electrones Auger. Típicamente los electrones Auger son emitidos a energías menores a 1000 eV, y en este rango de energías los electrones solo pueden provenir de las primeras capas superficiales; Por lo tanto la técnica Auger es altamente sensible a la composición química de la superficie. Por lo anterior, la espectroscopia Auger es considerada como una espectroscopia superficial, al igual que XPS. El proceso Auger ocurre con mayor probabilidad en elementos ligeros, comparativamente a los elementos pesados. Como consecuencia, la espectroscopia Auger tiene mayor sensibilidad a los elementos menos pesados. En la práctica es posible detectar desde litio, Z=3 hasta uranio, Z=92, aunque con técnicas especiales también es posible detectar elementos trasuranicos. El espectro consistente en una serie de picos puede ser usado para determinar o identificar los átomos presentes en la muestra y su ambiente químico. Inicialmente la espectroscopia Auger era usada exclusivamente con fines de investigación, especialmente en gases. Es en la décadas de los 60 ‘s y 70 ‘s, con el advenimiento de instrumentos que alcanzaban rangos de ultra alto vacío que la técnica tiene un despegue en cuanto al número de usuarios dado que hizo posible el análisis de sólidos. En la época actual, con el desarrollo de instrumentos compactos y bombas turbomoleculares la técnica ha llegado a la industria, siendo posible encontrar espectroscopios Auger en líneas de control de calidad de la industria electrónica y de semiconductores. Esta espectroscopia ha sido sin duda una de las herramientas que dio origen a lo que hoy se conoce como nanotecnología. En caso de usarse como fuente de excitación electrones rastreados sobre la superficie se le denomina espectroscopia SAM, sigla en Inglés de Scanning Auger Spectroscopy. Además, una técnica de vaciado de las capas atómicas externas es usada normalmente junto con la espectroscopia Auger. El proceso se basa en el bombardeo por iones de un átomo inerte, usualmente Argón que tiene la capacidad de quitar las últimas capas atómicas. Por este medio es posible hacer el estudio de la composición de los materiales como función de la profundidad.
Dos vistas del proceso Auger. (a) ilustra secuencialmente los pasos implicados en la desexcitación Auger. Un electrón incidente (o fotones) crea un agujero central en el nivel 1s. Un electrón desde el nivel 2s rellena el agujero 1s y la energía de transición se imparte a un electrón 2p que se emite. El estado atómico final así tiene dos orificios, uno en el orbital 2s y el otro en el orbital 2p. (b) ilustra el mismo proceso utilizando la notación espectroscópica,
.
Electrón Auger Cuando un átomo pierde un electrón de sus niveles más internos, cercanos al núcleo, debido por ejemplo a la acción de un bombardeo mediantes rayos X, otro electrón, de un nivel superior, pasa a ocupar el lugar del primer electrón. La energía “sobrante” se puede emitir en forma de fotón, o directamente se pierde un segundo electrón, perteneciente a las capas
exteriores de dicho átomo. Este es el denominado efecto Auger. El electrón emitido como consecuencia de la pérdida del primer electrón, es llamado electrón Auger.
Este fenómeno fue descrito por primera vez por una mujer, Lise Meitner, física austríaca, en el año 1920. Más tarde, un físico francés llamado Pierre V. Auger publicó la descripción de este fenómeno en la revista Radium, en el año 1925, y el fenómeno se conoció desde entonces con el nombre de este científico. En la figura de arriba, observamos el fenómeno de emisión Auger. En a), un electrón K es quitado de su lugar mediante rayos X. En b), un electrón L pasa a ocupar el lugar vacío y mientras que un segundo electrón L es emitido fuera del átomo. La energía cinética del electrón Auger está dada por la siguiente ecuación, que depende de los niveles de energía que intervienen en el fenómeno:
En donde
E1 es la energía del átomo en el momento en que pierde un electrón de un nivel inferior y ese lugar está aun vacío.
E2 es la energía correspondiente al nivel de energía del segundo electrón, que pasará a ocupar el lugar libre.
E3 es la energía que posee electrón que será expulsado, es decir, el electrón Auger.
E WF Es la energía que se necesita para que el electrón sea emitido fuera del átomo.
Más tarde, el efecto Auger fue aplicado en el estudio de la composición química de sustancias desconocidas. Como las transferencias de electrones que dan lugar al electrón Auger ocurren en niveles de energía bien conocidos, la energía que tiene el electrón Auger emitido nos puede aportar información sobre los niveles de energía del átomo en cuestión. Los átomos de elementos diferentes, tienen niveles energéticos característicos, de modo que el electrón Auger emitido por estos átomos (gracias a un bombardeo con rayos X o con electrones), nos aporta información sobre dichos niveles de energía, y sobre las características de dicho átomo, pudiendo de esta manera identificar su naturaleza y el entrono químico en el cual se encuentra. El electrón Auger emitido aporta información principalmente de la superficie del átomo estudiado, ya que es mucho más probable que el electrón Auger haya sido emitido cerca de la superficie, ya que de este modo puede escapar del átomo con una pequeña pérdida de energía. Además, el bombardeo con electrones no puede penetrar en las capas más internas del átomo, debido a las interacciones con los electrones pertenecientes al mismo. El fenómeno Auger se observa mayormente en elementos de poco peso atómico, desde el litio hasta el uranio. De este modo, la espectroscopía Auger resulta una técnica más sensible para estos elementos, aunque se han desarrollado tecnologías que permiten la aplicación de esta técnica en elementos más pesados que el uranio.
Conclusiones
En el efecto Auger se observa en los elementos de poco peso atómico, desde el litio hasta el uranio. Electron auger es cuando un átomo pierde un electrón de sus niveles más internos, cercanos al núcleo. Es una técnica espectroscópica sensible a la superficie usada para el análisis elemental .
Bibliografia Soto, G; Díaz J A; de la Cruz W. (2003). Copper nitride films produced by reactive pulsed laser deposition». Materials Letters 57 (26-27). pp 4130-4133.
Soto, G; de la Cruz W; Farias MH (2004). «XPS, AES, and EELS characterization of nitrogen-containing thin films». Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 135 (1). pp 27-39.
