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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2018.tde-14062018-103044
Document
Author
Full name
Suelen Fernandes de Barros
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Vanin, Vito Roberto (President)
Montenegro, Eduardo Chaves
Moralles, Mauricio
Rocha, Tulio Costa Rizuti da
Yoshimura, Elisabeth Mateus
Title in Portuguese
Medida do alinhamento atômico de Ta, W e Au por impacto de elétrons pela distribuição angular dos raios x L
Keywords in Portuguese
alinhamento atômico
emissão anisotrópica
Raios x
SDD.
seções de choque
Abstract in Portuguese
Foram realizadas medidas do alinhamento atômico do Ta, W e Au depois da ionização da subcamada L3 desses elementos por impacto de elétrons, via distribuição angular das linhas de raios x L, empregando alvos finos. As medições foram realizadas na linha de feixe de 10100 keV do Microtron de São Paulo. Os alvos foram confeccionados no Laboratório de Filmes Finos, pela técnica de deposição física de vapor (alvo de Au), e no Laboratório de Materiais Magnéticos, pela técnica de sputtering (alvos de Ta e W), enquanto que a caracterização deles foi realizada no Laboratório de Materiais e Feixes Iônicos, pela técnica de espectrometria de retroespalhamento Rutherford. O Microtron de São Paulo, bem como os laboratórios onde os alvos foram confeccionados e caracterizados, estão no Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Os raios x decorrentes da ionização dos alvos foram detetados simultaneamente por três Silicon Drift Detectors localizados a 31°, 90° e 125° com relação à direção do feixe incidente. A determinação da eficiência de pico dos detetores foi realizada com um modelo analítico testado separadamente. As intensidades das linhas do multipleto de raios x L foram ajustadas em um único procedimento empregando funções Voigt para descrevê-las. O parâmetro de alinhamento A20 foi estimado a partir do conjunto de intensidades das linhas Ll, L1 e L2. A fim de comparar os resultados experimentais com as previsões teóricas foi calculado o parâmetro de alinhamento com a aproximação de Born de ondas planas não relativística, empregando as aproximações de HartreeSlater e DiracHartreeSlater para descrever os potenciais atômicos. Os resultados experimentais confirmaram a emissão não isotrópica dos raios x decorrentes de vacâncias preenchidas na subcamada L3, sendo que a magnitude desta anisotropia varia com a energia do feixe de elétrons incidente. Além disso, foram observadas anisotropias de sinais opostos para as linhas L1 e L2. A dependência em energia do parâmetro de alinhamento A20 mostra uma queda rápida de A20, com duas inversões de sinal, uma em torno de 2 E/E(L3) e outra em torno de 8 E/E(L3), e um valor não nulo de alinhamento em torno de 10 E/E(L3), para os três elementos estudados. A comparação dos resultados experimentais com os cálculos realizados mostra um bom acordo ate cerca de 5 E/E(L3) para o feixe de elétrons incidente, a partir deste ponto o experimento evidencia uma segunda inversão no sinal de A20, que não é prevista por essa teoria. Este é, a nosso saber, o primeiro trabalho a quantificar o alinhamento atômico na ionização de átomos pesados por impacto de elétrons, via distribuição angular de raios x na faixa de 1 a 10 E/E(L3).
Title in English
Measurement of atomic alignment of Ta, W and Au by electron impact from L x-ray angular distribution
Keywords in English
anisotropic emission
atomic alignment
cross sections
SDD
x-rays
Abstract in English
Measurements of the atomic alignment of Ta, W and Au after the ionization of the L3 subshell of these elements were performed by electron impact via the angular distribution of x-ray lines employing thin targets. The targets were made in the Laboratório de Filmes Finos, by the technique of physical vapor deposition (Au target), and in the Laboratório de Materiais Magnéticos, by the sputtering technique (Ta and W targets), while their characterization was performed in the Laboratório de Materiais e Feixes Iônicos, by Rutherford Backscattering Spectrometry. The Microtron of São Paulo, as well as the laboratories where the targets were made and characterized, are placed at Instituto de Física of the Universidade de São Paulo. The x-rays from the ionization of the targets were detected simultaneously by three Silicon Drift Detectors placed at 31°, 90° and 125° with respect to the direction of the incident beam. The determination of the full energy peak efficiency of the detectors was performed with an analytical model previously tested. In the data analysis the L x-ray multiplet lines were fitted in a single procedure employing Voigt functions to describe them, and the Ll, L1 and L2 lines were employed simultaneously in the estimation of the alignment parameter A20. In order to compare the experimental results with the theoretical predictions, the alignment parameter was calculated with the non-relativistic plane-wave Born approximation using HartreeSlater and DiracHartreeSlater atomic potentials. The experimental results confirmed the nonisotropic emission of x-rays from filled vacancies in the L3 subshell, with the magnitude of this anisotropy varying with the energy of the incident electron beam. In addition, anisotropies of opposite signs were observed for the L1 and L2 lines. The energy dependence of the alignment parameter A20 shows a sharp fall of A20, with two sign inversions, one around 2 E/E(L3) and another around 8 E/E(L3), and a non-zero alignment value around 10 E/E(L3), for the three studied elements. Comparison of the experimental results with the performed calculations shows a good agreement up to about 5 E/E(L3) for the incident electron beam, from which the experiment evidences a second inversion in the sign of A20, which is not predicted by this theory. This is, to our knowledge, the first work to quantify the atomic alignment in the ionization of heavy atoms by electron impact, via an angular distribution of x-rays in the interval from 1 to 10 E/E(L3).
 
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Publishing Date
2018-06-25
 
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