PositronenLebensdauerspektroskopie

PositronenLebensdauerspektroskopie (PLS) ist eine Methode der Positronenannihilations-Spektroskopie, die die Lebensdauer von Positronen in Materialien misst, um Fehlstellen und Mikrostrukturen zu charakterisieren. Typisch wird eine Positronenquelle wie 22Na in eine Probe eingebracht; nach der Emission des Positrons tauchen die Positronen in das Material ein, thermalisieren sich und werden in Defekten oder Bereichen mit reduzierter Elektronendichte eingeschlossen. Die Zeit zwischen der Emission des Positrons und der Annihilation wird durch zeitaufgelöste Detektion der 511-keV-Gammastrahlung gemessen, oft in einem Koinzidenz-Setup mit einem Startsignal aus dem Promptgamma des 22Na-Emitters.

Die resultierende Lebensdauerverteilung hat typischerweise mehrere Anteile: einen kurzen Anteil, der dem Kristallbulk entspricht, und längere Anteile, die durch Trapping in Leerstellen, Versetzungen, Korngrenzen oder Poren verursacht werden. Die Werte liegen im Bereich von wenigen zehn bis einigen hundert Pikosekunden bzw. Nanosekunden, abhängig vom Material und Defektentyp. Die Daten werden durch Fits mit mehrkomponentigen Exponentialmodellen interpretiert, oft unter Berücksichtigung Diffusions- und Trappingprozessen. Die Qualität der Interpretation hängt von Kenntnissen des Implantationsprofils, der Probengeometrie und der Instrumentenantwort ab.

PLS wird in der Materialwissenschaft breit eingesetzt, um Fehlstellen in Metallen, Halbleitern, Gläsern und Polymeren zu charakterisieren, insbesondere um Konzentrationen, Typen und Verteilungen von Leerstellen, Versetzungen und Poren zu bestimmen. Es wird häufig in Kombination mit anderen Positronen-Spektroskopieverfahren wie Doppler-Breitungsmessungen oder Winkelkorrelationsuntersuchungen eingesetzt, um ein umfassenderes Bild der Mikrostruktur zu erhalten.