Espectrometría retrodispersión de Rutherford

De acuerdo con Rutherford, "Fue el evento más increíble que me ha pasado en la vida.

Esto lo guio a la conclusión de que la carga positiva del átomo no puede ser diseminada pero sí puede concentrarse en un núcleo singular masivo: el núcleo atómico.

Esto condujo al desarrollo del modelo de Rutherford del átomo, en el cual el núcleo positivo conformado por N partículas positivas o protones estaba rodeado por N electrones con carga e orbitando para balancear la carga nuclear.

Esto puede dar lugar a reacciones nucleares en algunos casos pero aún más frecuente es que la interacción permanece elástica, aunque las secciones cruzadas de la dispersión fluctúan incontrolablemente como una función de la energía.

El análisis de reacción nuclear (ARN) es muy útil para detectar elementos ligeros.

Mientras esta ecuación correctamente determina la energía del proyectil dispersivo para cualquier ángulo de dispersión (relativo al observador), no describe la probabilidad de observar dicho evento.

Sin embargo, proyectiles de iones pesados pueden fácilmente repeler iones ligeros que, si la geometría es la correcta, pueden ser expulsados del objetivo y así ser detectados.

Nótese también que iones pesados no pueden retrodispersarse de los ligeros: es cinemáticamente prohibido.

En DER es conveniente colocar el detector de repulsión en distintos ángulos lo suficientemente grandes para prohibir interferencia por parte del haz dispersivo.

Si la sección cruzada es cero, implica que el proyectil nunca se encuentra cerca del objetivo, pero en este caso tampoco penetra la nube electrónica que rodea al núcleo.

La fórmula pura de Coulomb para la dispersión por sección cruzada mostrada anteriormente debe ser corregida para el efecto pantalla, el cual se hace más importante cuando la energía del proyectil decrece (o de manera equivalente, su masa se incrementa).

Esto resulta en un decremento gradual en iones que penetran profundamente en la muestra, de tal forma que la retrodispersión del interior del núcleo ocurre con una baja "efectividad" de energía incidente.

Es generalmente expresada en unidades de película pequeñas, esto es eV /(atom/cm²) dado que puede medirse experimentalmente en capas delgadas cuyo espesor es siempre medido como masa por unidad de área, evadiendo el problema para determinar la densidad del material, la cual puede variar como función del espesor.

Los sistemas de una etapa consisten en una fuente de He+ conectada a un tubo acelerador con un alto potencial positivo aplicado a la fuente iónica y la tierra al final del tubo acelerador.

Las concentraciones relativas pueden ser determinadas al medir la altura de los picos.

El resultado es que en lugar de los puntiagudos picos de retrodispersión que uno podría esperar en el gráfico N(E), con el ancho determinado por la energía y la resolución angular, los picos observados se desvanecen gradualmente hacia una menor energía tanto como los iones pasen a través de la profundidad ocupada por ese elemento.

Este tipo de medición sólo puede ser utilizado para determinar la composición elemental; la estructura química de la muestra no puede ser determinada a partir del perfil N(E).

Sin embargo, es posible aprender algo acerca de este ERR al examinar la estructura cristalina.

El radio de esta región bloqueada, a una distancia L del átomo original está dada por Cuando un ion es disperso desde la profundidad de una muestra, se puede volver a dispersar del segundo átomo creando un segundo bloqueo cónico en la dirección de la trayectoria dispersiva.

La restricción de partículas es observada cuando el haz incidente se alinea con una simetría mayor al eje del cristal.

[8]​ Si los átomos dentro del objetivo son desplazados de su sitio cristalino enrejado, esto resultará en ceder una retrodispersión mayor en relación con el cristal perfecto.

El multiplicar esta fracción por la densidad del material amorfo también otorga un estimado para la concentración de los átomos desplazados.

La energía a la cual la retrodispersión incrementada ocurre puede ser utilizada para determinar la profundidad a la cual se encuentran los átomos desplazados y un perfil de profundidad puede ser construido como resultado.

Una intensidad más alta de lo normal o un pico amplio indican que las primeras capas de los átomos están fallando al intentar bloquear las capas bajas, por ejemplo que la superficie haya sido reconstruida.

Un ejemplo muy conocido es el análisis ERR de superficies prederretidas guiadas por Frenken, Maree y Van der Veen.

Este incremento en el desorden de la superficie hace más visibles los átomos más profundos al haz incidente, esto fue interpretado como pre-derretimiento de la superficie y simulaciones computacionales del proceso ERR producen resultados similares cuando son comparados con predicciones teóricas de pre-derretimiento.