Techniklexikon

Auger-Effekt

innerer Photoeffekt, strahlungslose Emission eines Elektrons aus einer inneren Elektronenschale, die durch einen Übergang zwischen inneren Schalen eines Atoms verursacht wird. Der Effekt wurde 1925 von dem französischen Physiker P. Auger entdeckt. Wird ein Elektron aus einer inneren Schale z.B. durch Beschuss mit hochenergetischen Elektronen oder durch Absorption von Röntgenstrahlung in eine höhere Schale angeregt, so kann die frei werdende Energie durch innere Stösse zweiter Art auf ein weiteres Elektron übertragen werden, dessen Energie dann ausreicht, den Atomverband zu verlassen. Ein solcher Übergang wird als strahlungsloser Übergang, das emittierte Elektron als Auger-Elektron bezeichnet. Die Abb. zeigen schematisch einen KLL-Auger-Prozess: Ein Elektron der K-Schale geht durch Anregung in die L-Schale über. Diese Anregungsenergie wird durch Stösse zweiter Art auf ein weiteres Elektron der L-Schale übertragen, welches dann vom Atom emittiert wird. Die L-Schale wird letztlich um ein Elektrone ärmer, denn das ursprünglich angeregte K-Elektron fällt dabei wieder in die K-Schale zurück. Die Lücke in der L-Schale wird durch ein Elektron weiter aussen liegender Schalen aufgefüllt, wobei es erneut zur Emission von Auger-Elektronen kommen kann. Der Prozess kann auch als Autoionisation interpretiert werden, da die Energie des Zustands des Atoms nach der Anregung eines K-Elektrons in die L-Schale oberhalb des Ionisationskontinuums liegt, so dass die Emission eines Elektrons energetisch möglich ist. Eine andere Deutung des Auger-Effekts geht davon aus, dass beim Zurückfallen des ursprünglich angeregten Elektrons in die K-Schale ein Röntgen-Photon emittiert und sofort wieder von einem anderen Elektron des gleichen Atoms absorbiert wird, was zur Ionisation führt. Die kinetische Energie E_kin des Auger-Elektrons ergibt sich aus der Energiedifferenz DE der beteiligten Energieniveaus, was im oben beschriebenen Fall gerade der Energie eines Photons der K_a-Linie entspricht, sowie der Ionisierungsenergie E_I des Niveaus, aus dem die Emission des Auger-Elektrons erfolgt: E_kin = DE - E_I = h n_Ka - E_L. Die dabei frei werdende Energie könnte ebenso als charakteristische Röntgenstrahlung emittiert werden. Beide Prozesse konkurrieren also miteinander. Der Bruchteil der angeregten Atome, der bei einem bestimmten Übergang durch Emission von Röntgenstrahlung in den Grundzustand zurückfällt, wird als Fluoreszenzausbeute h bezeichnet. h nimmt mit steigender Kernladungszahl Z zu. Typische Auger-Energien liegen zwischen 20 und 2000 eV. Für Elemente mit Z < 30 liegt die Fluoreszenzausbeute der K-Schale unter 50 %, für Elemente mit Z > 60 liegt sie über 90 %.

Die Analyse der kinetischen Energie der Auger-Elektronen heisst Auger-Elektronenspektroskopie und stellt die wichtigste Anwendung des Auger-Effekts dar. In der Atom- und Molekülphysik dient sie der Vermessung der Energieniveaus der Elektronen sowie deren Verschiebungen durch chemische Bindungen usw. In der Festkörper- und Oberflächenphysik dient die Elementaranalyse durch Auger-Elektronenspektroskopie z.B. der Überprüfung der Reinheit von Oberflächen. [SW, URE]

Auger-Effekt 1: Röntgenemission und Emission eines Auger-Elektrons.

Auger-Effekt 2: Schematische Darstellung des Auger-Prozesses. a) Ionisierung durch Beschuss mit Primärelektronen; b) Emission eines KLL-Auger-Elektrons.