Électron Auger

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Deux vues de l'effet Auger :
(a) illustre séquentiellement les étapes impliquées dans la désexcitation Auger. Un électron incident (ou un photon) crée un trou de cœur dans le niveau 1s. Un électron du niveau 2s remplit le trou 1s et l'énergie de transition est transmise à un électron 2p qui est émis. Le niveau atomique final a ainsi deux trous, un sur l'orbitale 2s et un autre sur l'orbitale 2p.
(b) illustre le même processus en utilisant la notation spectroscopique KL1L2,3.

Les électrons Auger sont des électrons émis lors de la désexcitation d'un atome. Ce phénomène a été découvert en 1922 par Lise Meitner[1] qui cherchait en fait les électrons bêta d'origine nucléaire, mais Pierre Auger s'y est également intéressé au même moment[2] pour en faire le sujet de sa thèse, et c'est son nom qui a été donné à ce phénomène, d'abord à l'étranger[3],[4].

Lorsqu'un atome est bombardé par des rayonnements ionisants, un électron peut être retiré d’une couche interne atomique, laissant une place vacante, qu'un électron d’une couche de plus haute énergie peut venir remplir, causant un dégagement d’énergie. Cette énergie peut :

  • causer l’émission d’un photon : fluorescence X ;
  • être transmise à un électron atomique qui sera éjecté de l’atome : émission d'électron Auger.

Ce processus de désexcitation ne fait pas intervenir de photon (on parle de processus non radiatif) et ne doit pas être confondu avec l'auto-absorption d'un rayon X par l'atome qui l'émettrait, un phénomène extrêmement peu probable. L'émission Auger est en compétition avec l'émission X, de la même façon que l'émission gamma est en compétition avec la capture électronique au niveau nucléaire.

Ce phénomène est utilisé pour faire des analyses élémentaires de surface : c'est la « spectrométrie Auger ». Ce phénomène a également été identifié début 2013 comme responsable de la perte d'efficacité des LED à hautes intensités[5], une partie de l'énergie transmise étant convertie en chaleur et non en lumière[6].

Calcul des énergies[modifier | modifier le code]

En prenant par exemple le cas où un électron est éjecté de la couche électronique K d'énergie E_K, un autre électron présent sur la couche L, d'énergie E_L peut descendre sur la couche K en transmettant son énergie à un troisième électron sur la couche M, d'énergie E_M, qui va quitter l'atome (c'est l'électron Auger).

L'énergie E de l'électron Auger se calcule par : E=\frac{1}{2}mv^2=(E_K-E_L)-E_M.

Ces calculs approximatifs doivent être affinés en pratique en tenant compte de nombreuses autres considérations, comme les niveaux hyperfins, en particulier dans les applications quantitatives de la spectrométrie Auger (voir la section « Liens externes »).

Spectrométrie Auger[modifier | modifier le code]

Un spectromètre Auger est un appareil très semblable à un microscope électronique à balayage ; il permet d'ailleurs de faire des images du même type.

L'appareil comporte un canon électronique qui bombarde l'échantillon, et un détecteur d'électrons qui détecte les électrons Auger et détermine leur énergie. L'énergie des électrons permet de déterminer la nature chimique des atomes, et le mode balayage permet de dresser une cartographie chimique de la surface de l'échantillon.

Les électrons Auger ayant une faible énergie, seuls ceux provenant des premières couches atomiques sortent de l'échantillon, c'est donc une méthode d'analyse superficielle. Pour la même raison, il faut travailler en vide poussé (ultra-vide, de l'ordre de 10-8 Pa, 10-10 Torr).

Par ailleurs, ce sont les éléments légers (faible numéro atomique, Z) qui produisent le plus d'électrons Auger, les atomes lourds (Z élevé) produisant surtout des photons X. L'analyse chimique est donc limitée aux éléments légers.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. L. Meitner : Über die Entstehung der β-Strahl-Spektren radioaktiver Substanzen, Z. Physik 9 (1922) 131-144.
  2. P. Auger, Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X, C.R.A.S. 177 (1923) 169-171. (//gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3130n.image.f187.langFR)
  3. O. Hardouin Duparc : Pierre Auger – Lise Meitner, Comparative contributions to the Auger effect, Int. J. Mat. Res. 100 (2009) 1162-1166. DOI: 10.3139/146.110163
  4. O. Hardouin Duparc : Pierre Auger - Lise Meitner, Contributions Comparées à l’effet Auger, Reflets de la Physique, 18 (2010) 23-25. DOI: 10.1051/refdp/2010006
  5. On sait enfin pourquoi les LED sont peu efficaces, Le Monde, 6 mai 2013
  6. Direct Measurement of Auger Electrons Emitted from a Semiconductor Light-Emitting Diode under Electrical Injection, Physical Review Letters, 25 avril 2013

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]