Étude de la fluorescence du fer dans une multicouche périodique Fe/C éclairée sous incidence rasante par un faisceau de rayons X monochromatique

Abstract
The angular dependence of the intensity of the Fe Kα fluorescence radiation emitted from a periodic Fe/C multilayer has been measured with a classical X-ray diffractometer setting using the Cu Kα radiation for sample irradiation. The Fe Kα fluorescence intensity is shown to be highly dependent of the incidence angle of the primary monochromatic X-ray beam in the vicinity of the first order Bragg angle of the multilayer. This intensity variation is related to the displacement of the quasi-stationary primary wave field inside the multilayer as a function of the grazing incidence angle. A detailed analysis of the experimental curves allows to obtain separately the interface layer thicknesses of the two types of interfaces in the multilayer, respectively Fe/C and C/Fe. A lack of density of the Fe layers, compared to the value for bulk metal, also appears from this analysis ; complementary multilayer reflectivity measurements made in the soft X-ray range suggest the presence of oxygen at about 16% at. concentration in the Fe layers.

Résumé
En utilisant les principaux éléments d'un diffractomètre à rayons X classique, nous avons mesuré les variations angulaires de l'intensité du rayonnement de fluorescence Kα du fer émis par une multicouche périodique Fe/C et montré qu'elles dépendaient notablement de l'angle d'incidence du faisceau monochromatique excitateur lorsqu'il est proche de l'angle de Bragg du premier ordre de la multicouche. Une modélisation de l'intensité de fluorescence émise par une multicouche supposée parfaite et réalisée en utilisant les méthodes de calcul des propriétés optiques des multicouches montre que cette variation d'intensité est provoquée par le déplacement des extrêma de l'onde excitatrice quasi-stationnaire par rapport aux interfaces dans l'empilement lorsque l'angle d'incidence varie à proximité de l'angle de Bragg. Les défauts de la multicouche tels que l'élargissement des interfaces par la rugosité ou l'interdiffusion et les écarts de densité par rapport aux matériaux massifs ont ensuite été pris en compte pour obtenir une simulation quantitative des courbes expérimentales. La comparaison des résultats avec ceux des mesures de réflectivité en X mous suggère la présence d'oxygène en concentration de l'ordre de 16% (en nombre d'atomes) dans les couches élémentaires de fer.