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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.
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- Version archivée 1 de juil. 1976 par Jean-Marie FRIEDT
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2. Instrumentation
2.1 Rayonnement synchrotron
Les expériences de diffusion nucléaire résonnante sont basées sur de puissantes sources de rayonnement synchrotron (RS) de rayons X durs, qui sont actuellement disponibles à l’APS (Advanced Photon Source) à Argonne (États-Unis), au SPring-8 (Super Photon ring-8 GeV) à Harima (Japon) et à l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) à Grenoble (France). Une vue d’ensemble sur le rayonnement synchrotron est fournie dans l’article Rayonnement synchrotron et applications. Rappelons que ce RS est émis par des particules chargées (électrons ou positrons) accélérées à une vitesse proche de la lumière dans des synchrotrons. Ici, nous nous focalisons sur les propriétés essentielles pour les expériences de diffusion nucléaire résonnante. La figure 8 montre un schéma de la ligne de faisceau de résonance nucléaire à l’ESRF , typique de la plupart des lignes de faisceau NRS. Dans la suite, nous allons discuter en détail des caractéristiques clés et des principales composantes.
HAUT DE PAGE
Les expériences de NFS nécessitent d’utiliser des sources RS de rayons X à haute brillance, c’est-à-dire avec un rapport haut flux (nombre de photons par seconde) sur [faible taille de source (mm2) × faible divergence d’émission (mrad2) × faible bande passante en énergie (en 0,1 % ΔE/E)].
Ces performances sont obtenues avec les sources RS dites de 3e génération dans des lignes de faisceau basées sur des onduleurs ...
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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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