Đang tải... (xem toàn văn)
Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu Lý thuyết ứng dụng positron trong vật liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đềtài: LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG POSITRON TRONG VẬT LIỆU LÊ TRỌNG NGHĨA - Trang GVHD : Châu Văn Tạo Lời Cảm Ơn Trước tiên, em chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Châu Văn Tạo, người thầy tâm huyết hướng dẫn em thực khóa luận, đồng thời em gửi lời xin lỗi đến thầy cuối em phụ lòng thầy mong đợi, không thực yêu cầu đề ban đầu, em tiếc Trong trình thực khóa luận, có lúc bị bế tắt phải làm lại từ đầu, nhờ anh Đặng Nguyên Phương, Trần Thiện Thanh bạn Đặng Nguyên Tuấn, Tơ Bá Cường, Hồn Anh Tồn bạn khác môn động viên giúp đỡ Cảm ơn thầy Huỳnh Trúc Phương dành thời gian đọc nhận xét khóa luận Em chân thành cảm ơn tất người SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo Lời Nói Đầu Nhằm mục đích tạo ý tưởng nghiên cứu ứng dụng positron, Khoá luận tổng hợp số kiến thức phục vụ mục đích Khóa luận gồm có ba chương : Chương 1: Đại cương positron Giới thiệu lịch sử tính chất tương tác positron với vật chất Các nguồn positron thường dùng Chương 2: Điều tiết chuyển hóa chùm tia positron Nêu cách điều khiển chùm positron sau tạo thành theo mục đích thí nghiệm Chương 3: Các thí nghiệm ứng dụng positron Trình bày phương pháp thực nghiệm phổ positron vật liệu Nghiên cứu số tính chất kim loại chất bán dẫn Ứng dụng phương pháp phổ positron nghiên cứu sai hỏng cấu trúc tinh thể Vì thời gian có hạn nên nhiều thiếu sót, mong thầy bạn bỏ qua Nếu có hội thực tiếp tục nghiên cứu sâu rộng SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo MỤC LỤC Lời Cảm Ơn Lời Nói Đầu Danh Mục Các Bảng Danh Mục Hình Vẽ Và Đồ Thị Chƣơng : ĐẠI CƢƠNG VỀ POSITRON 1.1 Giới thiệu 1.2 Vật lý positron 1.2.1 Sự xuyên sâu 1.2.2 Tán xạ đàn hồi 11 1.2.3 Tán xạ không đàn hồi 11 1.2.4 Sự khuếch tán positron 13 1.2.5 Quá trình hủy 13 1.2.6 Positronium 14 1.3 Các nguồn positron 16 1.3.1 Các nguồn phóng xạ 16 1.3.2 Nguồn nhân tạo 17 Chƣơng : ĐIỀU TIẾT VÀ CHUYỂN HÓA CHÙM TIA POSITRON 19 2.1 Điều tiết positron 19 2.2 Chuyển hóa positron 22 2.2.1 Thấu kính tĩnh điện 22 2.2.2 Thấu kính từ 23 2.2.3 Bẫy nhốt positron 24 Chƣơng : CÁC THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG CỦA POSITRON 28 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo 3.1 Các phương pháp thực nghiệm phổ positron vật liệu 28 3.1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 28 3.1.2 Đo thời gian sống positron vật chất 31 3.1.3 Phương pháp xác định xác suất hủy positron phát ba gamma 34 3.1.4 Phương pháp xác định xác suất hủy positron phát hai gamma 35 3.1.5 Sự nở Doppler đỉnh đường cong hủy positron 40 3.2 Sự hủy positron kim loại 40 3.2.1 Phương pháp lí thuyết kết thí nghiệm 41 3.2.2 Phổ ADAP khảo sát kim loại 43 3.2.3 Xác định hệ số tập trung electron độ dẫn kim loại 45 3.3 Phương pháp hủy positron nghiên cứu chẩt dẫn tinh thể ion Điện tích hiệu dụng khối lượng positron anion 48 3.4 Ứng dụng phương pháp phổ positron nghiên cứu sai hỏng cấu trúc tinh thể 56 KẾT LUẬN 58 Tài liệu tham khảo 59 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo Danh Mục Các Bảng Bảng 1.1 Thơng số tính độ xuyên sâu trung bình số nguyên tố Bảng 2.1 Các liệu liên quan cần thiết cho thiết lập bẫy nhốt positron 24 Bảng 3.1.Các đại lƣợng kim loại tham số hủy positron 43 Bảng 3.2.Các tham số hệ positron anion kết điện tích hiệu dụng đƣợc tính từ lí thuyết 51 Bảng 3.3.Điện tích hiệu dụng loại positron anion 53 Bảng 3.4 Điện tích hiệu dụng khối lƣợng hiệu dụng m p positron anion số tinh thể 55 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo Danh Mục Hình Vẽ Và Đồ Thị Hình 1.1.Sơ đồ tƣơng tác positron vật chất 16 Hình 2.1.Sơ đồ hệ thống máy tạo chùm positron chậm Livermore 20 Hình 2.2.Bố trí hình học chất tiền điều tiết tái điều tiết cho dòng positron chậm 22 Hình 2.3.Mơ hình bẫy positron có sử dụng ống điện cực 25 Hình 2.4.Mơ hình bẫy nhốt positron không sử dụng ống điện cực 25 Hình 2.5 Lƣợc đồ thay đổi cƣờng độ positron theo thời gian nhốt 26 Hình 3.1.Lƣợc đồ hƣớng bay hai gamma hủy cặp 29 Hình 3.2.Cách bố trí đo phổ thời gian sống positron 32 Hình 3.3 Phổ thời gian sống positron polymethyl methacrylate 33 Hình 3.4.Sơ đồ khảo sát hủy positron phát ba gamma 35 Hình 3.5.Sơ đồ khảo sát phân bố góc hủy phát hai gamma 37 Hình 3.6.Phân bố góc phổ hủy positron Mg, Al, Cu In 38 Hình 3.7.Phân bố góc gamma hủy 39 Hình 3.8.Sự phụ thuộc thời gian sống ns,np vào tham số 50 Hình 3.9.Sự phụ thuộc bề rộng nửa ns,np đƣờng cong ADAP vào tham số 51 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang GVHD : Châu Văn Tạo Chƣơng : ĐẠI CƢƠNG VỀ POSITRON 1.1 Giới thiệu Trong năm 1920, Paul Dirac kết hợp Cơ học lượng tử Thuyết tương đối để đưa mơ tả hồn hảo electron Nhưng giải phương trình kết lại thấy xuất hai miền lượng, miền dương miền âm Trên miền lượng có phổ lượng thay đổi liên tục Nếu khảo sát cấu trúc tinh vi phổ lượng phổ gián đoạn với mức lượng cách khoảng nhỏ Vấn đề đặt hạt chuyển động tự lại có lượng âm Điều gây khó khăn lớn mà tưởng chừng phải thay đổi toàn vật lý tồn mức lượng âm vô Theo học lượng tử, hạt mức lượng nhảy xuống mức lượng âm vơ giải phóng mức lượng vô lớn Dirac giải khó khăn giả thuyết hồn tồn hợp lí: - Miền lượng âm bị tồn electron chiếm đầy Theo ngun lí Pauli trạng thái chứa hạt Do vậy, việc chuyển mức lượng từ miền dương xuống miền âm - Miền lượng âm tạo thành từ electron lượng âm Các electron lượng âm hoàn toàn giống Do đó, theo ngun lí khơng phân biệt hạt đồng miền lượng âm ta quan sát electron tồn riêng lẻ mà khối thống giống môi trường suốt - Miền lượng dương trống, tức chứa thêm electron - Khi có tác dụng bên ngồi mà photon lượng cao kích thích miền lượng âm Năng lượng truyền toàn cho electron đó, kích thích lên miền lượng dương Khi đó, để lại lỗ trống, lỗ SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang trống quan sát được, giống quan sát bọt khí khối thủy tinh suốt Do miền lượng âm tạo từ electron mang điện tích âm có khối lượng âm Vì vậy, electron khối lượng tồn miền tăng lên me điện tích tăng lên e Dirac gọi “lỗ trống” phản hạt electron hay positron Dirac dự đốn xác dựa sở tính tốn Ít lâu sau, năm 1932, Charles D Anderson làm thí nghiệm chứng minh có mặt positron Năm 1933, Blackett Occhialini khảo sát tượng tạo cặp (electron – positron) Người ta dự đoán positron bền môi trường chân không điều thực nghiệm chứng minh 1.2 Vật lý positron 1.2.1 Sự xuyên sâu Các positron lượng cao có khả xuyên sâu vào vật chất Trong số đó, có số positron bị tán xạ ngược Sự tán xạ ngược positron phụ thuộc vào mật độ số nguyên tử khối vật chất (mà xuyên vào) Độ xuyên sâu P(x) phân rã + biểu diễn theo khoảng xuyên sâu x hệ số hấp thụ imp Px imp e imp x (1.1) Hệ số hấp thụ có liên quan tới lượng cực đại positron tới mật độ bia Người ta tính độ xuyên sâu tia đơn Bằng phương pháp Monte Carlo, độ xuyên sâu mơ hình hóa Makhovian, cho cơng thức : m 1 mz P E , z e z 0m z z0 m (1.2) Với : P(E,z)dz : hàm phân bố lượng chất rắn khoảng [z, z + dz] SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang m : tham số phụ thuộc vào bậc số nguyên tử Z, ( m = cho phân bố theo hàm mũ, m = cho phân bố theo hàm Gauss) z0 : tham số xuyên sâu phụ thuộc vào z : z0 z 1 1 m (1.3) : hàm gamma z : độ xuyên sâu trung bình z AE n n E (1.4) [A] = cm.keV-n, [α] = g.cm-3.keV-n, = [g.cm-3] : mật độ bia A n hàm phụ thuộc vào bậc số nguyên tử Z, thơng số có từ mơ Monte Carlo JW Gryzinski RPA Với mức lượng từ – 25 keV A, n ρ cho bảng 1.1 [10]: Bảng 1.1 Thơng số tính độ xuyên sâu trung bình số nguyên tố Tên Nguyên Tố A n Be 288.8 1.809 1.85 C 246.8 1.797 3.52 Mg 261.9 1.746 1.74 Al 283.8 1.727 2.701 Si 272.4 1.725 2.33 K 293.8 1.696 0.86 Ti 319.1 1.677 4.50 Co 326.8 1.654 8.90 Ni 309.7 1.657 8.90 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 46 GVHD : Châu Văn Tạo Nếu xem positron va chạm với electron gây hủy phát hai gamma (khơng tạo thành positronium) tốc độ hủy xác định sau : D D vne Với D (3.31) r02 r02 c tiết diện Dirac hủy phát hai gamma v v : vận tốc positron r02 : bán kính cổ điển electron Nếu ta cho ne tổng electron dẫn np electron liên kết ng, ta viết biểu thức (3.31) dạng D p g Với (3.32) p : tốc độ hủy electron dẫn gây g : tốc độ hủy electron liên kết gây D : tốc độ hủy tổng cộng Do đó, xác suất hủy cho kênh là: Ip Ig p (3.33) p g g (3.34) p g Hệ số tập trung np ng electron dẫn electron liên kết đươc tính thơng qua xác suất hủy Ip Ig tương ứng Với n p D I p 1.354 10 23 D I p cm 3 r0 c (3.35) n g D I g 1.354 10 23 D I g cm 3 r0 c (3.36) D , tốc độ hủy tổng cộng : thời gian sống positron SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 47 GVHD : Châu Văn Tạo Trong biểu thức (3.30), (3.35) (3.36), tham số p g đo đơn vị mrad tính đơn vị ns-1 Từ phương trình (3.27), (3.35) (3.36) cho phép ta ước lượng hệ số tập trung np electron dẫn Trong bảng 3.1, giá trị hệ số tập trung electron dẫn xác định từ phổ ADAP, công thức (3.32) hệ số thích hợp cơng thức (3.27) kim loại hoàn hảo: n p , n p n p So sánh giá trị điểm tập trung n p n p gần khác n p Vì lí đó, ta có hệ số: f n p n p Z c Z c p (3.37) mô tả tỉ số mật độ electron quanh vị trí tồn positron so với số electron tự quanh vị trí Trong bảng 3.1, giá trị tham số f kim loại khảo sát nằm khoảng từ 2.5 đến 4.6 Quả thực, tương tác positron với khí electron tự làm cho hệ số tập trung electron tăng lên dẫn đến hệ làm tăng tốc độ hủy positron Đồng thời làm tăng mật độ electron Hiển nhiên, ta không thấy rõ hiệu ứng giá trị xung lượng lượng electron chúng liên kết dạng Ps , từ đó, phổ ADAP mơ tả hủy positron dạng hợp phức đường parabol, giá trị mức lượng Fermi xác định từ thực nghiệm tương đối phù hợp với kết tính từ thuyết Do đó, ta nói electron tập trung xác định thông qua công thức (3.30) kết hợp với liệu thu từ phổ ADAP cho ta kết hệ số tập trung np khí electron tự Điện tích hiệu dụng cơng thức hợp phức Ps ước lượng cách so sánh hệ số tập trung n p electron vùng chứa positron với hệ số tập trung nPs 10 23 cm 23 4rPs (3.38) SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 48 GVHD : Châu Văn Tạo Đối với nguyên tử positronium có bán kính rPs 1.6 10 8 cm (bán kính Bohr nguyên tử positronium) Giá trị tỉ số hai hệ số tập trung n P có nPs bảng 3.1 Trị trung bình tham số tất kim loại khoảng 2.04 Điện tích hiệu dụng liên hệ với tham số thông qua biểu thức Thật vậy, chế hủy positron kim loại có liên quan với cơng thức hợp phức Wheeler hiển nhiên xác nhận từ thực nghiệm Tóm lại, phương pháp phổ ADAP xác định tham số ( n p , F Z c ) khí electron tự loại phù hợp tốt với kết tính từ lý thuyết khí tự Fermi Đồng thời, kết hợp phương pháp phân bố góc gamma phân bố thời gian hủy positron phát gamma cho phép ta thu thông tin tăng lên số mật độ electron bị positron chiếm giữ 3.3 Phƣơng pháp hủy positron nghiên cứu chất bán dẫn tinh thể ion Điện tích hiệu dụng khối lƣợng positron anion Ứng dụng phương pháp hủy positron nghiên cứu điện tích sai hỏng cấu trúc chất dẫn tinh thể ion thực khảo sát lí thuyết thực nghiệm dẫn đến trình hủy positron vật liệu cho phép nghiên cứu để chứng minh trạng thái tự nhiên positron trình kèm theo phân hủy chúng Trong q trình phân tích lí thuyết q trình có góp mặt positron trạng thái chất bán dẫn tinh thể ion chứng minh có liên hệ đại lượng chủ yếu phổ phân hủy positron (hình dáng bề rộng nửa đường cong ADAP, phổ thời gian hủy liên hệ tốc độ đếm trùng phùng ba gamma) với số tỉ lệ hình thành phân rã trạng thái trích sử dụng thơng tin thuộc tính mẫu khảo sát (cả mẫu đơn tinh thể đa tinh thể) SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 49 GVHD : Châu Văn Tạo Trong trình nghiên cứu này, có nhiều vấn đề quan trọng giải số giải tương lai với phương pháp hủy positron hay kĩ thuật kiểm tra không hủy mẫu là: -Nghiên cứu tính dị hướng electron đơn tinh thể chất bán dẫn tinh thể ion cho khác định hướng khác tinh thể học -Xác định trạng thái điện tích nguyên tử chất bán dẫn kết hợp tinh thể ion -Nghiên cứu chuyển pha bán kim loại kim loại bán dẫn -Xác định dịch chuyển positron chất bán dẫn - Nghiên cứu sai hỏng tự nhiên mật độ sai hỏng chất bán dẫn -Nghiên cứu chất bán dẫn vơ định hình thủy tinh hệ ion -Làm rõ tác dụng xạ gây sai hỏng nguyên nhân gây sai hỏng khác chất bán dẫn tinh thể ion -Nghiên cứu chất bán dẫn tinh thể ion chiếu với chùm ánh sáng tia X hạt mang điện neutron phân tích trạng thái bề mặt lớp gần bề mặt chất bán dẫn tinh thể ion Ngoài ứng dụng trên, phương pháp hủy positron dùng theo cách khác, quan trọng phương pháp PET (Positron Emission Tomorgraphy) Ta thảo luận mối liên hệ tính chất hóa học loại ion chất bán dẫn kết hợp tinh thể ion sai hỏng cấu trúc chúng sử dụng kĩ thuật hủy positron Trong loại ion trung gian, trình hủy positron quy mô lớn phụ thuộc vào liên hệ tính chất hóa học với điện tích hiệu dụng anion Vì lí đó, phương pháp phổ hủy positron (PAS – Positron Annihilation Spectroscopy) dùng thành cơng việc xác định điện tích hiệu dụng e anion vật chất Trong chuỗi đơn tinh thể - đa tinh thể ( gồm muối halogen F -, Cl -, Br – I - ) hòa tan nước, giá trị khảo sát từ kết thu SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang 50 được, người ta kết luận hủy positron có liên quan đến trạng thái kết hợp positron anion X nhóm halogen Dạng phức hợp X e X 1 Ps Cho đến phổ phương pháp ứng dụng phổ PAS dùng để tìm điện tích hiệu dụng 100 loại anion dạng kết hợp kết quản phù hợp tốt với giá trị thu từ phương pháp khoa học khác Việc mô tả dịch chuyển positron hệ gần giống nguyên tử positron – anion, dựa vào mẫu quang positron sở Landau – Lifshitz, có hàm sóng sau: 4 Ar exp r 4 4 1/ r exp r (3.39) Với tham số mẫu Hàm sóng electron hệ gần giống nguyên tử positron – anion chon từ hàm mũ Slater [11] Thời gian sống tính với hàm sóng positron (cơng thức (3.39)) hàm sóng electron (trong công thức Slater) liên quan tới việc hủy phát hai positron mơ tả hình 3.8, tính tốn giá trị tham số đường cong ADAP (bề rộng đường cong tổng chiều cao) minh họa hình 3.9 Hình 3.8.Sự phụ thuộc thời gian sống ns,np vào tham số SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang 51 Hình 3.9.Sự phụ thuộc bề rộng nửa ns,np đường cong ADAP vào tham số Điện tích hiệu dụng số hệ gần giống nguyên tử positron anion tính từ cơng thức lí thuyết có kết bảng 3.2 kết tổng hợp điện tích hiệu dụng anion loại vật liệu sử dụng phương pháp huỷ positron phương pháp khác (bảng 3.3) Bảng 3.2.Các tham số hệ positron anion kết điện tích hiệu dụng tính từ lí thuyết Hệ n ns, p Cơng thức tính e B- 1.125 B = 0.189 – 0.75 e C- 1.450 (C) = 0.189 – 0.987 e N- 1.775 (N) = 0.189 – 0.183 e O2- 1.925 (O) = 0.189 – 1.283 SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 52 GVHD : Châu Văn Tạo e F- 2.425 (F) = 0.189 – 1.617 e Si- 1.267 (Si) = 0.233 – 0.854 e P- 1.483 (P) = 0.233 – 0.989 e S2- 1.583 (S) = 0.233 – 1.056 e Cl- 1.917 (Cl) = 0.233 – 1.278 e Ge- 1.027 (Ge) = 0.257 – 0.685 e As- 1.203 (As) = 0.257 – 0.802 e Se2- 1.284 (Se) = 0.257 – 0.856 e Br- 1.554 (Br) = 0.257 – 1.036 e Sn- 0.950 (Sn) = 0.269 – 0.633 e Sb- 1.113 (Sb) = 0.269 – 0.742 e Te2- 1.188 (Te) = 0.269 – 0.792 e I- 1.438 (I) = 0.269 – 0.959 SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang 53 Bảng 3.3.Điện tích hiệu dụng loại positron anion Anion Chất , mrad Điện tích hiệu dụng , - e Phương pháp positron Phương pháp khác N- AlN 11.1 0.915 1.20 – 1.32 O2- MgO 12.8 1.136 1.0 – 1.76 CaO 14.4 1.439 1.18 – 1.62 SrO 14.2 1.401 1.16 – 1.60 BaO 12.0 0.995 0.91 – 1.44 LiF 12.0 0.650 0.67 – 0.87 NaF 10.5 0.368 0.58 – 0.94 GaP 10.2 1.388 0.45 InP 9.4 1.201 0.49 Na2S 8.3 0.879 0.96 FeS 10.3 1.344 0.71 – 0.96 CdS 10.4 1.367 0.73 – 0.90 LiCl 9.2 0.866 0.67 – 0.72 NaCl 8.6 0.726 0.64 – 0.92 KCl 8.3 0.656 0.79 – 0.83 RbCl 8.6 0.726 0.83 – 0.87 CsCl 8.9 0.796 0.84 – 0.87 F- P- S2- Cl- SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang 54 As- GaAs 9.8 1.521 0.46 InAs 9.0 1.331 0.49 ZnSe 9.9 1.688 0.70 CdSe 9.9 1.688 0.56 – 0.68 Br- NaBr 7.4 0.866 0.60 – 0.86 Sb- InSb 8.4 1.518 0.49 Te2- CdTe 8.8 1.575 0.70 I- NaI 6.8 0.870 0.54 – 0.71 KI 7.1 0.951 0.69 – 0.90 Se2- Dữ liệu bảng 3.3 ý nói giá trị hiệu dụng điện tích sử dụng phương pháp positron có giá trị tương tự phương pháp khác Khảo sát khác giá trị hầu hết thực dóng góp thành phần hiệp biến liên kết hóa học vài chất bán dẫn liên kết Ramasamy Nagagian [11] đạt kết lý thú điện tích hiệu dụng khối lượng hiệu dụng m p positron anion phạm vi mẫu quang học cấu trúc đơn tinh thể muối halogen ( KCl KBr ) muối amoni halogen ( NH4Cl, NH4Br NH4I ) Dữ liệu điện tích hiệu dụng khối lượng hiệu dụng m p mẫu NaCl, KCl KBr mẫu có chiều tinh thể khác tinh thể đơn cấu trúc mẫu NH4Cl, NH4Br NH4I nêu bảng 3.4 SVTH : Lê Trọng Nghĩa GVHD : Châu Văn Tạo Trang 55 Bảng 3.4 Điện tích hiệu dụng khối lượng hiệu dụng m p positron anion số tinh thể ,-e Chất Hướng , mrad NaCl 100 8.78 0.07 0.766 0.016 2.979 0.062 110 8.92 o.07 0.798 0.014 3.107 0.066 111 9.06 0.09 0.831 0.014 0.324 0.054 Đa tinh thể 9.06 0.09 0.831 0.014 3.234 0.034 100 8.08 0.05 0.603 0.011 110 8.44 0.07 0.687 0.016 2.735 0.064 111 8.92 0.08 0.789 0.017 3.181 0.068 120 8.65 0.07 0.735 0.017 2.928 0.068 Đa tinh thể 8.50 0.06 0.701 0.013 2.791 0.052 KBr 100 8.09 0.08 0.742 0.021 3.421 0.084 NH4Cl – 9.48 0.939 – NH4Br – 8.92 0,998 – NH4I – 7.25 0.758 – KCl mp, mp*/m 3.401 0.44 Quả thật, phương pháp hủy positron phương pháp độc lập tìm điện tích hiệu dụng ion âm ion dương loại vật liệu ion Phương pháp dựa lí thuyết quan trọng mẫu quang học positron SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 56 GVHD : Châu Văn Tạo 3.4 Ứng dụng phương pháp phổ positron nghiên cứu sai hỏng cấu trúc tinh thể Các vấn đề chế động học hình thành, biến đổi sai hỏng vật liệu bán dẫn khảo sát phương pháp hủy positron Trong thí nghiệm hủy positron, ta sử dụng nguồn đồng vị phóng xạ (22Na, 64Cu…), phát positron có lượng khoảng từ – 700 keV, với khoảng xuyên sâu trung bình positron vật liệu khác khoảng 150 m Nghĩa đa số positron hủy lớp gần bề mặt vật liệu khảo sát Các positron vào vật chất, tán xạ với nút mạng, bị nhiệt hóa bị bẫy điểm lỗ hổng hủy (gọi độ nhạy positron với sai hỏng) Khi khảo sát mẫu đơn chất, từ kết động q trình hủy ta có cơng thức để xác định giá trị trung bình hệ số tập trung độ nhạy positron sai hỏng kích thước sai hỏng từ đại lượng hủy positron IN Với b kd , 1 IN b K d b kd (3.40) IN : cường độ thành phần hẹp nhỏ phổ ADAP kd : tốc độ hủy positron gây sai hỏng p : tốc độ hủy positron gây nút mạng Từ công thức (3.40) ta được: kd IN b 1 IN (3.41) Nếu ta xem có positron bị bẫy tâm sai hỏng ta viết biểu thức khai triển cho tốc độ bẫy positron với sai hỏng sau: kd Nd 4 D Rd Nd Với (3.42) : tiết diện bẫy positron v : vận tốc positron nhiệt SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 57 GVHD : Châu Văn Tạo N d : hệ số tập trung tinh thể Rd :bán kính trung bình sai hỏng D+ : hệ số khuếch tán positron Từ công thức (3.40) (3.42) ta xác định giá trị kd , N d Rd với gía trị tham số b , , v D+ cho trước Kết việc nghiên cứu hủy positron tinh thể Si, chất bán dẫn kết hợp III – V II – VI, tinh thể muối halogen, oxit…sử dụng phương pháp hủy positron có độ nhạy cao điện tích sai hỏng cấu trúc vật liệu, để ghi lại sai hỏng trạng thái lớp gần bề mặt Hiệu ứng ghi nhận sức hút positron đến nguyên tử thừa electron chuyển đổi nguyên tố GaAs GaP dùng phương pháp hủy positron để nghiên cứu đặt điểm tự nhiên, tổng hợp trạng thái điện tích chúng Bởi việc cách ly thành phần hẹp IN đường cong ADAP sử dụng công thức (3.41) (3.42) ta thiết lập độ nhạy phương pháp PAS để hệ số tập trung positron nhạy sai hỏng ( Nd 1015 cm3 ) Ví dụ hệ số tập trung trung bình positron nhạy với sai hỏng bán dẫn Si loại n loại p 106 cm-3 kích thướt sai hỏng 1nm SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 58 GVHD : Châu Văn Tạo KẾT LUẬN Kết đạt đƣợc Có thể tóm lược trình xảy từ positron vào vật chất đến lúc huỷ theo sơ đồ hình 1.1 Khái quát trình tương tác positron vật chất Từ đó, ứng dụng đặc tính hủy positron vào nghiên cứu tính chất vật liệu tinh thể ion, kim loại, chất bán dẫn Hƣớng phát triển Khóa luận cung cấp kiến thức liệu tính từ lí thuyết thực nghiệm tạo điều kiện cho nghiên cứu thực nghiệm môi trường chất lỏng Vì chưa có đủ điều kiện thực nghiệm nên chưa thể nghiên cứu sâu Nếu có điều kiện nghiên cứu tiếp thực nghiệm môi trường vật liệu rắn (kim loại, chất bán dẫn, tinh thể ion vật liệu polime…) chất lỏng SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 59 GVHD : Châu Văn Tạo Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt: [1] PGS TS Lê Khắc Bình, PGS TS Nguyễn Nhật Khanh, Vật lý chất rắn, NXB ĐHQG TP HCM, (2002) [2] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương, Phương pháp ghi xạ ion hóa, NXB ĐHQG TP HCM, (2005) [3] Th.S Trịnh Hoa Lăng, Áp dụng mơ hình bẫy tính thơng số huỷ positron kim loại FCC HCP, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường ĐH KHTN TP HCM, (2001) [4] PGS TS Châu Văn Tạo, Bài giảng lý thuyết tán xạ, Trường ĐH KHTN TP HCM, (2007) [5] PGS TS Châu Văn Tạo, Th.S Trịnh Hoa Lăng, Khảo sát lượng trao đổi positron electron thông qua phần ảo quang học, Báo cáo hội nghị toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội, (2005) Tài liệu tiếng Anh: [6] J.C Ashley, C.J Tung, Surf Interf Anal (1982) [7] Asuman Aydin, Monte-Carlo simulation of positrons transmission and backscattering probalities in nickel, (2005) [8] M Dapor, A comparative study of electron and positron penetration in silicon dioxide, (2006) [9] S Eichler, C Hubner, R krause- Rehberg, A Monte-Carlo simulation of positron diffsion in solidsons, (1996) [10] V.J Ghosh, Postron implantation profile in elemental and multilayer systems, (1994) [11] V.I Grafutin, E P Prokop’ev, Instruments and methods of investigation, (2002) [12] Alfred G Hathaway III, Design and testing of a prototype slow positron beam at the NC state university PULSTAR reactor, (2005) [13] A Osipowicz, Positron transport elements, Fulda, Germany, (2000) SVTH : Lê Trọng Nghĩa Trang 60 GVHD : Châu Văn Tạo [14] A.S Saleh, J.W Taylor, P.C Rice-Evans, The ROYPROF pro Anal.positron profiling data, (1999) [15] D Seger, Penning trap, U Gent, (2000) SVTH : Lê Trọng Nghĩa ... học hạt nhân Trong ứng dụng ứng dụng positron thường dùng nhiều công nghiệp 3.1 Các phƣơng pháp thực nghiệm phổ positron vật liệu 3.1.1.Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp Quá trình hủy positron va chạm... khuếch tán positron τ* : thời gian sống trung bình positron Việc lựa chọn vật liệu điều tiết positron nhân tố quan trọng định cường độ chùm positron chậm Việc lựa chọn vật liệu điều tiết positron. .. dự đoán positron bền môi trường chân không điều thực nghiệm chứng minh 1.2 Vật lý positron 1.2.1 Sự xuyên sâu Các positron lượng cao có khả xuyên sâu vào vật chất Trong số đó, có số positron