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.

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Historia

La emisión Auger fue descubierta en 1920 por Lisa Meitner, física de nacionalidad Austriaca, que lo reporto en 1923 en el journal Zeitschrift für Physik. Subsecuentemente Pierre Victor Auger, físico francés, también descubre el proceso que reporta en el journal Radium en 1925. La mayor influencia del segundo journal dio como consequencia que Auger sea el nombre dado al fenómeno.

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 vacancia, resultando en un exceso de energía. Este exceso de energía es frecuentemente liberada por la emisión de un fotón (flourecencia 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 del cual el electrón Auger fue emitido. Esos niveles electrónicos dependen del tipo de átomo y del ambiente químico en el cual el átomo estaba situado.

La siguiente figura muestra una transición Auger KLL. El primer electrón fue quitado de la capa K. Un electrón L baja a ocupar la vacante y el exceso de energía es trasferido a un segundo electrón L, el cual es emitido del átomo.

La energía cinética del electrón Auger expulsado depende exclusivamente de los tres niveles de energía involucrados en el proceso:

E_cin = (E₂ − E₁) − E₃ − E_WF

donde

E₁ es la energía del átomo con una vacante en un nivel interno. Este es un estado altamente inestable.

E₂ es la energía del nivel energético ocupado por el segundo electrón.

E₃ es la energía del electrón que será expulsado en el efecto Auger.

E_WF es la función trabajo. Es la energía necesaria para que el electrón deje la superficie del sólido.

Espectroscopia de electrones 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. 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 practica es posible detectar desde litio, Z=3 hasta uranio, Z=95, 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 ultimas capas atómicas. Por este medio es posible hacer el estudio de la composición de los materiales como función de la profundidad.

Ejemplo de la espectrocopia Auger

El ejemplo de las figuras muestra espectros Auger donde el ambiente químico modifica la respuesta espectral de la transición KLL del nitrógeno. El primero corresponde a nitrógeno en nitruro de cobre mientras la segunda corresponde a nitrógeno en nitruro de itrio. El triplete en la transición del nitrógeno en la primera es debido a la presencia de estados antienlazantes en el ambiente local del nitrógeno que es rodeado por seis átomos de cobre. En la segunda los estados antienlazantes están vacíos, por lo tanto esos estados no se muestran en el espectro.

Existen comités que buscan estandarizar la espectroscopia Auger. Uno es el comité E42 de la ASTM (American Society for Testing Materials International)[1]; El otro es el comité técnico TC-201 de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO).

referencias

• Soto, G; Díaz J A; de la Cruz W. (2003): «Copper nitride films produced by reactive pulsed laser deposition», en Materials Letters, vol. 57, Nº 26-27. pp 4130-4133
• Soto, G; de la Cruz W; Farias MH (2004): «XPS, AES, and EELS characterization of nitrogen-containing thin films», en Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, vol. 135, Nº 1. pp 27-39