モット散乱

物理学において、モット散乱はスピン結合非弾性クーロン散乱とも呼ばれ、電子ビームを重原子のクーロン場から散乱させることにより、電子ビームの2 つのスピン状態を分離する現象です。この理論を最初に考案したネビル・フランシス・モットにちなんで名付けられました。主に電子ビームのスピン偏極を測定するために使用されます。

簡単に言えば、モット散乱はラザフォード散乱に似ていますが、アルファ粒子の代わりに電子が使用されます。これは、電子が強い相互作用を介して相互作用しないため（弱い相互作用と電磁気のみを介して）、電子が原子核を貫通して、原子核構造に関する貴重な洞察が得られるためです。

金は原子番号(Z)が大きく、非反応性 (酸化層を形成しない) であり、薄膜にしやすい (多重散乱が減少する) ため、電子は金箔に照射されることが多い。散乱ポテンシャルにスピン軌道項が存在すると、散乱断面積にスピン依存性が生じる。箔の左右にまったく同じ散乱角度にある 2 つの検出器で散乱電子の数をカウントする。非対称性Aは次のように与えられる。

${\displaystyle A={\frac {I^{\rm {right}}-I^{\rm {left}}}{I^{\rm {right}}+I^{\rm {left}}}}}$

は、 A = SPに従ってスピン分極度Pに比例します。ここで、Sはシャーマン関数です。

モット断面積の式は、空間内の原子核サイズの正電荷を帯びた点からの高エネルギー電子ビームの散乱を数学的に記述したものです。モット散乱は、このような数学モデルによって生成される理論的な回折パターンです。これは、電子散乱回折研究の計算の出発点として使用されます。

モット断面積の式には、標的陽子または原子核の反跳を考慮するための非弾性散乱項が含まれています。また、高エネルギー電子の相対論的効果と磁気モーメントを補正することもできます。^[1]

実験的に発見された回折パターンが数学的に導かれたモット散乱から外れると、原子核の大きさと形状に関する手がかりが得られます^{[2] [1]}その理由は、モット断面積は入射電子とターゲット間の点粒子クーロン相互作用と磁気相互作用のみを想定しているためです。ターゲットが点ではなく帯電球である場合、モット断面積方程式への追加（形状係数項）を使用して、球内の電荷の分布を調べることができます。

原子核による電子線の回折のボルン近似はモット散乱の拡張である。[ 3 ^]

• ストール、J.ジークマンHC (2006)。磁性: 基礎からナノスケールダイナミクスまで。ベルリン、ハイデルベルク：シュプリンガー ベルリン ハイデルベルク。土井：10.1007/978-3-540-30283-4。ISBN 978-3-540-30282-7。
• Gay, TJ; Dunning, FB (1992). 「モット電子偏光測定法」. Review of Scientific Instruments . 63 (2). AIP Publishing: 1635–1651. Bibcode :1992RScI...63.1635G. doi :10.1063/1.1143371. ISSN  0034-6748.