Diffusion nucléaire résonnante avec le rayonnement synchrotron

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.

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