A szinkrotronsugárzás nukleáris rezonanciaszórása, más néven a "szinkrotron-Mössbauer-spektroszkópia" durva megfogalmazással a hagyományos (radioaktív forrásokat alkalmazó) Mössbauer-spektroszkópia "Fourier-transzformáltja". Míg ez utóbbi az energia-doménben "tapogatja le" a hiperfinom kölcsönhatások által eltolt és felhasított magnívókat, addig az előbbi az igen rövid (ns-nál jóval rövidebb) szinkrotronsugár-impulzus által koherensen gerjesztett magnívók bomlásából adódó időbeli választ mérve, vagyis az idő-doménben adja meg a vizsgált minta hiperfinom kölcsönhatásait. A két eljárás tehát elvileg is inkább kiegészíti, mint helyettesíti egymást. A gyakorlati szempontjából ez még inkább igaz, mivel a szinkrotronsugárzás különleges tulajdonságai: a már említett pulzált időszerkezet, a nagy intenzitás, a kis nyalábátmérő, a nagyfokú kollimáltság, a tökéletes polarizáltság és a néhány tíz meV-os skálán való könnyű hangolhatóság egy sereg olyan mérést tesznek lehetővé, amelyre radioaktív forrás segítségével nincs mód. A következőkben megmutatjuk, hogy ezek között is fontos helyet foglalnak el a súroló beeséses geometriát használó felületfizikai alkalmazások.

Vékonyrétegek szerkezetét korábban is vizsgálták nanométeres (röntgen- vagy neutron-) hullámok spekuláris reflexiójával. Az elektronsűrűség profilját a röntgen-, míg az elemösszetétel és a mágnesezettség profilját a neutron-reflektometria segítségével tanulmányozzák. A reflektometria lényege (l. 1. ábra) a vékonyréteg képzelt vagy valódi belső határfelületeiről visszavert hullámok interferenciaképéből, pontosabban az R(Q) reflektivitásból a törésmutató n(z) mélységprofiljának rekonstruálása. Az

törésmutató előreszórás esetén az f koherens szórási hosszból származtatható, a szórási hossz pedig az említett fizikai mennyiségektől függ. (n 1-től való eltérése 10^-5 körül van). A Mössbauer-reflektometria olyan röntgen-reflektometria, amelyben a fotonok nukleáris rezonanciaszórása is szerepet játszik, vagyis az f teljes szórási hossz az

elektronikus és az

nukleáris szórási hossz koherens összege, ahol Z a rendszám, r₀ a klasszikus elektronsugár, s a fotoabszorpció hatáskeresztmetszete, f_LM a Lamb-Mössbauer-faktor, I_g az alapállapoti magspin, a_ab a hiperfinom kölcsönhatás mátrixeleme, E a fotonenergia, E_a és E_b a magnívók energiái, G a természetes vonalszélesség. Az R(Q,E) reflektivitásból tehát most a hiperfinom kölcsönhatás a _I>ab(z) profilját is meg lehet határozni.

A radioaktív forrást használó Mössbauer-reflektometria a kis térszög miatt rendkívül lassú és drága eljárás. A szinkrotronsugárzás kis nyalábátmérője és nagyfokú kollimáltsága viszont nagyságrendekkel gyorsabb méréseket tesz lehetővé. Ez a módszer a szinkrotron-Mössbauer-reflektometria (SMR).

Az SMR hatékony módszer vékonyrétegeken belül a hiperfinom tér és így a mágnesezettség irányának meghatározására - ebben hasonlít a neutronreflektometriára és ki is egészíti azt. Mélységszelektivitása viszont elsősorban a fotonok behatolási mélységének szögfüggéséből származik az elektronikus szórás totálreflexiójának

kritikus szöge körül (a-Fe és E = 14.41 keV esetén Q_c = 3.8 mrad). Megmutatható [1], hogy mivel a fotonok koherensen szóródnak az elektronokon és a magokon, a reflektált késleltetett fotonok t₁-től t₂-ig időintegrálisan mért

száma Q = Q_c körül mindig maximális. Ez a totálreflexiós csúcs teszi lehetővé az SMR alkalmazását a hiperfinom kölcsönhatás mélységszelektív analízisére.

Az energia hangolhatósága nyitja meg az utat a rugalmatlan és a kvázirugalmas fotonszórás vizsgálatára; ezt a súroló beeséses geometria segítségével vékonyrétegek felületközeli rétegeiben is elvégezhetjük. Egy erre vonatkozó előzetes mérési eredményt [2] mutatunk be a 2. ábrán.

Hivatkozások:

[1] L. Deák, L. Bottyán, D.L. Nagy, Hyp. Int. 92, 1083, (1994).

[2] L. Bottyán, O. Leupold, D.L. Nagy, Yu. Shvyd'ko, E. Szilágyi, publikálatlan mérés, DESY-HASYLAB, 1997.