Felületközeli, hosszú élettartamú pozitrónium-állapotok mikropórusos rendszerekben

aKajcsos Zsolt, aLiszkay László, aLohonyai László, aWindberg József, bLázár Károly, cGilles Duplatre és cIsabelle Billard

aMTA KFKI RMKI, 1525 Budapest 114, pf. 49.
bMTA IKI, 1525 Budapest, pf. 77.
cLab. Chim. Nucl., C.R.N., IN2P3/CNRS, BP. 28, 67037 Strasbourg Cedex 2, France

A pozitron-annihilációs spektroszkópia az elmúlt évtizedekben a "nukleáris szondás" anyagszerkezeti vizsgálati módszerek egyik széleskörűen alkalmazható eljárásává érett. Az annihiláció során keletkező -sugárzás regisztrálása méréstechnikailag rutinszerűen megoldható feladat, ugyanakkor a -kvantumok energia- és impulzusviszonyainak meghatározásából olyan, a tanulmányozott minta elektronszerkezetével és - közvetve - kristálystrukturájával kapcsolatos információ nyerhető, mely más módszerek alkalmazásával nem elérhető. A jellemző annihilációs paraméterek (élettartam, relativ intenzitás, a -kvantumok szög- és energiaeloszlása, a 2-annihiláció során keletkező 0.511 keV energiájú annihilációs csúcs Doppler-kiszélesedésének mértéke) jól kapcsolatba hozhatók meghatározott elektronállapotokból kiragadott elektronokkal kialakuló annihilációs csatornákkal, melyek létrejötte, versengése, kontrollált fiziko-kémiai behatásokra bekövetkező változásai lehetőséget biztosítanak a tanulmányozott minta bizonyos -elektronszerkezet-változások által is tükrözött - szerkezeti változásainak vizsgálatára. Alacsonyabb elektronsűrűségű környezetből végbemenő annihiláció hosszabb pozitron-élettartamok megjelenésében nyilvánul meg, s könnyen beláthatóan az elektronsűrűség növekedése az élettartamok rövidülését eredményezi.

A kondenzált rendszerekben tapasztalható 0.2 ns - 2 ns hosszúságú élettartam-értékek mellett mikropórusokat tartalmazó zeolitokban és igen kis szemcseméretű kristályokból álló mikrokristályokban a szokásos "csapdába esett", s a fenti élettartamokat mutató pozitronok állapotain kívül 20-140 ns élettartamú annihilációs csatornák is megnyílnak, melyek magyarázata az, hogy a mikroszemcsés kondenzált rendszerben a környezettel gyengén kölcsönható orthopozitrónium (o-Ps) tud kialakulni. Ezen kölcsönhatás tipusa (pl. mágneses quenching, konverzió, elektron-csere, stb.) és erőssége megállapítható egyrészt az élettartam-jellemzők módosulásából, másrészt abból a változásból, amely az annihiláció során keletkező -sugárzás energiaeloszlásában észlelhető: az o-Ps szétsugárzása 3-annihiláció, míg lényegében minden más pozitron-illetve Ps-állapot annihilációja 2-szétsugárzás útján megy végbe. Kimutatható, hogy a 3-annihiláció észlelésére megnövelt érzékenységű, általunk kidolgozott mérési módszer igen érzékeny az o-Ps -járulék meghatározására, ami lehetőséget nyújt a mikropórusos szerkezetekben a belső felületeken lejátszódó Ps-reakciók, így ezen felületek vizsgálatára.

Néhány jellemző mérési eredmény ismertetésével és értelmezésével képet adunk a módszer alkalmazhatóságáról és távlatairól is.