Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La diffusion nucléaire résonnante une méthode standard d’analyse à l’échelle atomique et non destructive. Elle possède deux domaines principaux d'application : la spectroscopie hyperfine et la dynamique structurale. La technique présentée dans cet article, appelée diffusion nucléaire vers l’avant , dérive de la spectrométrie Mössbauer (SM). Elle est comparée à la technique usuelle de SM, afin de mettre en évidence ses avantages et ses inconvénients. Puis des applications actuelles en physique et en chimie sont développées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Rudolf RÜFFER : Physicien à l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble - Groupe de diffusion nucléaire résonnante
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Jacques TEILLET : Professeur à l’université de Rouen, faculté des sciencesGroupe de physique des matériaux (UMR CNRS 6634)
INTRODUCTION
La diffusion nucléaire résonnante (NRS pour « nuclear resonant scattering ») utilisant le rayonnement synchrotron combine les propriétés exceptionnelles de la spectrométrie Mössbauer (SM) et celles du rayonnement synchrotron. Depuis sa première observation en 1984, cette technique et ses applications ont bénéficié d’un développement rapide. La diffusion nucléaire résonnante est maintenant une technique standard pour toutes les sources de rayonnement synchrotron de troisième génération. Comme la spectrométrie Mössbauer, c’est une méthode d’analyse à l’échelle atomique et non destructive. Elle présente l’avantage de ne pas nécessiter l’utilisation de sources radioactives de photons γ incidents, qui peuvent être difficiles à fabriquer, de durée de vie qui peut être courte et d’intensité évidemment limitée.
Les applications actuelles concernent principalement deux domaines : la spectroscopie hyperfine et la dynamique structurale. En spectroscopie hyperfine, la diffusion nucléaire résonnante peut mesurer les mêmes grandeurs que la spectrométrie Mössbauer. Cependant, elle est supérieure dans les domaines qui exploitent les propriétés spécifiques du rayonnement synchrotron, tels que les très petits échantillons, les monocristaux, les mesures sous hautes pressions, la géométrie d’incidence rasante pour surfaces et multicouches. La dynamique structurale, sur une échelle de temps allant de la nanoseconde à la microseconde, comme la diffusion libre ou par sauts, peut être mesurée dans le domaine temporel. De plus, la technique de diffusion nucléaire inélastique fournit pour la première fois un outil qui permet d’accéder directement à la densité d’états de phonons et donc de déduire les propriétés dynamiques et thermodynamiques du réseau.
La technique de diffusion nucléaire résonnante présentée ici, qui correspond à la technique de SM, est appelée diffusion nucléaire vers l’avant (NFS pour « nuclear forward scattering »). Des applications actuelles en physique et en chimie sont développées. La NFS est comparée à la technique usuelle de SM, afin de mettre en évidence ses avantages et ses inconvénients.
Le lecteur est invité à consulter les articles Spectrométrie Mössbauer Spectrométrie Mössbauer et Rayonnement synchrotron et applications Rayonnement synchrotron et applications.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1976 par Jean-Marie FRIEDT
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Principes4. Conclusion
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Avantages et contraintes de la NFS
Ainsi que nous l’avons vu, bien que la NFS puisse en principe mesurer les mêmes quantités que la SM, c’est une technique de très grand équipement (TGE), qui se justifie dans les applications qui bénéficient des propriétés exceptionnelles du rayonnement synchrotron, telles que haut flux, petite taille, petite divergence angulaire et haut degré de polarisation du faisceau de rayons X. Les durées des expériences sont généralement d’un ordre de grandeur plus courtes que pour la SM conventionnelle. De plus, en raison de la grande monochromaticité du rayonnement et de l’utilisation d’une technique de diffusion, les mesures sont libres de fond continu, contrairement à la SM par transmission, pour laquelle le niveau hors absorption est un grand nombre. Il est aussi important de noter qu’une source radioactive n’est pas nécessaire et que, par conséquent, toutes les transitions Mössbauer sont en principe accessibles.
Un inconvénient vient du fait que la NRS est une spectroscopie exécutée sur TGE. Une expérience doit donc être planifiée soigneusement et bien à l’avance. L’accès à la ligne de faisceau est soumis au dépôt d’une proposition d’expériences examinée par un comité scientifique spécialisé. Le nombre de lignes étant limité et la demande étant très forte, le temps attribué est restreint.
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Avenir de la NRS
Même si la première expérience de diffusion nucléaire résonnante avec le rayonnement synchrotron a été effectuée en 1984, elle n’a pu devenir une réelle nouvelle spectroscopie qu’avec l’avènement des sources de rayonnement de 3e génération en 1995. Depuis lors, non seulement des expériences de première démonstration ont été effectuées, mais différents domaines ont été explorés. Le temps de faisceau, actuellement limité à l’ESRF, va devenir plus facilement accessible avec la mise en place de nouvelles lignes dédiées à APS, SPring-8 et le développement futur à l’ESRF. Il en est de même pour le choix des isotopes Mössbauer. Alors que les premières expériences se sont focalisées sur l’isotope Mössbauer 57Fe, la technique a maintenant été transférée à d’autres isotropes (voir tableau ...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GERDAU (E.), de WAARD (H.) (eds.) - Nuclear Resonant Scattering of Synchrotron Radiation 1999/2000 - . Hyperfine Interactions, 123/124/125.
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(2) - GRÜNSTEUDEL (H.) - * - Thèse de doctorat, université de Lübeck (1999).
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(3) - * - Par courtoisie de LEUPOLD (O.).
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(4) - RÖHLSBERGER (R.), TOELLNER (T.S.), STURHAHN (W.), QUAST (K.), ALP (E.E.), BERNHARD (A.), BURKEL (E.), LEUPOLD (O.), GERDAU (E.) - * - Phys. Rev. Lett., 84, 1007 (2000).
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(5) - * - Mössbauer Effect Data Center, Asheville, North Carolina, 28804-3299, États-Unis. Dans le cas de Kr, I et Ta, nous avons actualisé les données à partir de valeurs récemment déterminées à l’ESRF.
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(6) - RÜFFER (R.), CHUMAKOV (A.I.) - * - Hyperfine Interactions, 97/98, 589 (1996).
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