高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)与Si(110)固体表面作用的电子发射研究

报道了利用兰州重离子加速器国家实验室ECR源引出的高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)入射到Si(110)表面产生的电子发射的实验测量结果.结果表明,高电荷态离子与固体表面相互作用产生的电子发射产额Y与入射离子的电荷态q、入射角度ψ和入射能量E都有很强的关联.首次发现,电子发射产额Y与入射角度ψ间有接近1/tanψ的关系.理论分析认为,这些过程与基于经典过垒模型的势能电子发射过程密切相关.     

低速高电荷态离子40Ar16+与云母表面作用中的电子发射研究

报道了由兰州ECR源提供的低速高电荷离子40Ar16 入射到云母表面产生的电子发射的实验测量结果.结果发现,电子发射产额Y与离子入射角ψ有近似1/tanψ的关系.基于经典过垒模型,我们对这一关系进行了理论分析.实验结果和理论结果相当符合,这就间接说明势能电子发射是低速高电荷态离子作用于表面发射电子的一个主要途径.     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Ar^q+(q=16，17，18)入射金属Be，Al，Ni，Mo，Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明，Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s²的高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中，存在的多电子激发过程使Ar¹⁶⁺的K壳层电子激发产生空穴，级联退激发射Ar的Kα 特征X射线.Ar¹⁷⁺离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关，靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关. 关键词： 高电荷态离子 空心原子 多电子激发 X射线     

高电荷态离子126Xeq+与Ti固体表面作用的激发光谱

报道用150keV的高电荷态离子¹²⁶Xe^q+（6≤q≤30）轰击Ti固 体表面产生2 00—1000nm波段发射光谱的实验结果.结果显示，用电荷态足够高的离子作光谱激发源，无 需很强的束流强度（nA量级），便可激发起样品表面的原子和离子在可见光波段的特征谱线 .当入射离子剥离度q>q_c≈20时，Ti原子及其离子的特征谱线强度突然显著增强 ；不 同金属靶，特征谱线突然增强的q_c值不同.理论分析表明，这与q大于此临界值 后，单电子转移释放能量激发靶材料传导电子气体的表面等离激元密切相关. 关键词： 低速高电荷态离子 特征谱线 经典过垒模型 等离激元     

低速Xe~(q+)(4≤q≤20)离子与Ni表面碰撞中的光辐射

实验中测量了0.38V_(Bohr)(460 keV)高电荷态Xe~(q+)(4≤q≤20)离子轰击高纯Ni表面发射的400-510 nm光谱.实验结果包括NiⅠ原子谱线,NiⅡ离子谱线,以及入射离子中性化发射的XeⅠ,XeⅡ和XeⅢ谱线.研究了谱线XeⅡ410.419,XeⅢ430.444,XeⅡ434.200,XeⅡ486.254,NiⅠ498.245,NiⅠ501.697,NiⅠ503.502,NiⅠ505.061和NiⅠ508.293 nm的光子产额随着入射离子电荷态的变化.结果表明,入射离子中性化和溅射Ni原子发射谱线的光子产额随着入射离子电荷态的增加而增加,其趋势与入射离子势能一致.     

126Xeq+轰击Al表面产生的原子和离子光谱线

报道了高电荷态离子^126Xe^q (6≤q≤30)入射到固体Al表面产生的200～1000nm波段的发射光谱的实验结果。实验表明,在弱束流(nA量级)高电荷态的情况下,通过入射离子与固体靶的相互作用可有效地产生原子和离子的复杂组态间跃迁所形成的可见光波段的特征谱线,而且当入射离子的电荷剥离数超过一临界值后(对Al,q=26),谱线相对强度突然显著增强。根据经典过垒模型COB(The classic over-barrier model),在入射离子的动能较小(～1keV／u)的条件下．高电荷态离子与表面相互作用过程中电子的俘获或转移起着非常重要的作用,通过提高入射离子的电荷态可增强入射离子俘获电子的能力．显著增强激发粒子的光谱线的强度。     

高电荷态离子40Arq+与Si表面作用中的电子发射产额

报道了在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源原子物理实验平台上，用高电荷态⁴⁰Ar^q+(1≤q≤12)离子作用于半导体Si固体表面时的电子发射产额实验测量.实验中，通过改变炮弹离子的电荷态和引出电压选取其不同的势能和动能，系统地研究了入射离子势能沉积和与其在固体中的电子能损对表面电子发射产额的贡献.结果表明，作为引起表面电子发射的两个主要因素，单离子的电子发射产额与炮弹离子在固体表面的势能沉积和电子能损都有近似的正比关系.     

高电荷态Krq+与Al表面碰撞发射可见光的研究

利用低速(V≈0.01 V_Bohr)高电荷态Kr^q+ (q=8, 10, 13, 15, 17)离子轰击金属Al表面, 获得了碰撞过程产生的300–600 nm的光谱. 实验结果表明: 低能大流强(μA/cm²量级)离子束入射金属表面, 可产生溅射原子、离子和入射离子中性化后发射的可见光. 随着入射离子势能(电荷态)增加, 碰撞过程中发射谱线的强度增强. 与激发态3d能级相比, 较高的势能可以有效地激发Al原子的电子到较高4s能级. 关键词： 高电荷态离子 可见光发射 离子与表面作用     

近Bohr速度129Xeq+离子入射Ta靶发射近红外光谱线

用动能一定的高电荷态¹²⁹Xe^q+(17≤q≤27)离子，分别入射洁净的Ta靶表面，测量中性化的激发态Xe原子从组态5p⁵(²P°_3/2) nl退激到组态5p⁵(²P°_3/2) ml’过程中辐射的近红外光谱线.实验结果表明:多激发态的空心原子退激发射其特征光谱线，部分典型的跃迁按照阶梯方式退激.Xe原子发射的谱线的单粒子荧光产额和激发的Ta原子发射谱线的单粒子荧光产额随入射离子电荷态的增加而增加，其增加的趋势与入射离子携带的势能随电荷态增加的趋势一致.证明在近Bohr速度的能区，经典过垒模型是成立的.     

低速~(84)Kr~(15+,17+)离子轰击GaAs单晶

用345 keV的Kr15+和340 keV的Kr17+离子以45fi角入射n型GaAs单晶(100)面,测量了表面形貌的变化和发射的375—500 nm Ga I和Kr II的特征光谱线.Krq+(q=15,17)离子轰击后表面形貌的变化主要取决于入射离子的电荷态q.离子沉积到靶表面的能量引起Ga原子激发,其辐射光谱为Ga I 403.2 nm和Ga I 417.0 nm.入射离子中性化过程中俘获GaAs导带电子形成高激发态原子,通过级联退激填充3p,4d等空穴,P壳层电子跃迁发射谱线为Kr II 410.0 nm,Kr II 430.4 nm,Kr II 434.0 nm和Kr II 486.0 nm,Kr II486.0 nm为较强谱线.实验结果表明,入射离子与GaAs单晶相互作用发射的可见光产额与入射离子的电荷态密切相关,较高电荷态Kr17+离子入射产生的光辐射产额大约为Kr15+离子的两倍.     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Arq+(q=16,17,18)入射金属Be,Al,Ni,Mo,Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明,Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s2的高电荷态Ar16+离子在金属表面中性化过程中,存在的多电子激发过程使Ar16+的K壳层电子激发产生空穴,级联退激发射Ar的Kα特征X射线.Ar17+离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关,靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关.     

高电荷态离子与Si(110)晶面碰撞的沟道效应研究

不同电荷态低速离子(Ar^q+,Pb^q+)轰击Si(110)晶面,测量不同入射角情况下的次级粒子的产额. 通过比较溅射产额与入射角的关系,证实沟道效应的存在. 高电荷态离子与Si相互作用产生的沟道效应说明溅射产额主要是由动能碰撞引起的. 在小角入射条件下,高电荷态离子能够增大溅射产额. 当高电荷态离子以40°—50°入射时,存在势能越高溅射产额越大的势能效应. 关键词： 高电荷态离子 溅射 沟道效应     

低能高电荷态O~(q+)离子与Al表面作用产生的X射线

报道了 1.5—20 keV/q的高电荷态O~(q+)(q=3—7)离子与Al表面相互作用发射的O原子的特征X射线谱.分析表明,对于O~(q+)(q=3—6)离子入射时发射的X射线,是由于离子进入表面后与Al原子发生紧密碰撞导致的;而O~(7+)离子入射时的X射线,主要来自于"空心原子"的衰变.在动能相等的条件下,存在K壳层空穴的O~(7+)离子的X射线产额相较于O~(q+)(q=3—6)离子高一个数量级,不存在K壳层空穴的O~(6+)离子的X射线产额也要高于O~(3+),O~(5+)离子.总体来说,X射线产额以及电离截面与入射离子的初始电子组态有关,且随离子入射动能的增加而增加.根据半经典两体碰撞模型,本文估算了入射离子与靶原子相互作用时分别产生O和Al的K_α-X射线的动能阈值.对于入射动能低于动能阈值且电子组态为1s~2的O~(6+)离子与样品表面相互作用,可能存在多电子激发使O~(6+)离子产生K壳层空穴.     

Ar16+和Ar17+离子与Zr作用产生的X射线谱

将超导离子源提供的10—20keV/q Ar¹⁶⁺和Ar¹⁷⁺离子入射到Zr金属表面,在相互作用中产生的X射线谱表明,高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中有可能存在多电子激发,使Ar¹⁶⁺的K壳层电子被激发形成空穴,在退激过程中发射特征Kα-X射线.空心原子Ar的K层发射X射线强度随入射离子的动能而减弱,靶原子Zr的L壳层发射X射线强度随入射离子动能的增加而增强.Ar¹⁷⁺的单离子的Kα- 关键词： 高电荷态离子 空心原子 X射线     

强扰动区C~(q+)离子与He原子碰撞中有效电荷研究

本文利用经典过垒电离模型(Class Over Barrier Ionization)处理100-400ke V/amu强扰动区(q/v1)的不同价态非全裸离子Cq+(q=1-4)与全裸离子H1+,He2+,Li3+与He原子碰撞过程.发现相同价态下,全裸离子的双单电离截面比R21明显低于非全裸离子,原因在于两者的电子结构明显不同.非全裸离子的外壳层电子在碰撞过程中会有一定几率过垒,这在以往的研究中并未考虑.利用模型计算结果与实验数据的比对,估计入射离子第二有效电荷,最终确定入射离子在电离过程中的第一和第二有效电荷.     

经典过垒模型在Xeq++He碰撞中的应用

采用位置灵敏探测和飞行时间技术研究了高电荷态Xe离子(q=15,17,19,21,23)与He原子碰撞中双电子转移截面与单俘获截面比随入射离子电荷态的变化规律.提出一步过程假定,对扩展的经典过垒(ECB)模型进行了修正,利用修正模型计算得到的单、双电子转移绝对截面与Andersson等人和Selberg等人的实验结果符合得很好,所得截面比与本实验得到的双电子转移截面与单电子俘获截面符合得比较好.     

高电荷态Xe离子与He原子碰撞中的电子转移过程研究

采用位置灵敏探测和飞行时间技术研究了高电荷态Xe离子（q=15，17，19，21，23）与He原子碰撞中双电子转移截面与单电子转移截面比随入射离子电荷态的变化规律.提出一步过程假定，对扩展的经典过垒（ECB）模型进行了修正，利用修正模型计算得到的单、双电子转移绝对截面与Andersson等人和Selberg等人的实验结果很好符合，所得截面比与本实验得到的双电子转移截面与单电子俘获截面比较好符合. 关键词： 离子 原子碰撞 电荷转移 一步过程     

260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子轰击Al靶产生的可见光辐射

低速高电荷态离子与金属表面相互作用,原子从靶材表面溅射,其中一部分处于激发态的溅射原子通过辐射退激产生可见光。在这一相互作用过程中,低速高电荷态离子从靶材表面捕获一个或多个电子进入其激发态,这些处于激发态的入射离子也会通过辐射退激产生可见光。研究表明,离子在靶材中的核阻止本领与溅射原子产额密切相关。为了更好地理解溅射原子的激发过程,认识低速高电荷态离子与金属相互作用过程中,溅射原子的激发概率与入射离子动能和势能之间的关联,研究了260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子与Al靶相互作用过程中的可见光发射。给出了520 keV Kr13+ 与Al表面相互作用过程中,发射300～550 nm波长范围的发射光谱。实验结果包括溅射的Al原子在309.0和395.9 nm处的共振跃迁,Al+和Al2+分别在358.3和451.6 nm处的共振跃迁,以及Kr+在430.0,434.1,465.8和486.0 nm处的共振跃迁。还给出了谱线强度比值Y(309.0)/Y(395.9),Y(358.5)/Y(395.9),Y(452.8)/Y(395.9)随入射离子动能和势能的变化。结果表明：谱线强度比值均随入射离子动能的增加而增大,而比值Y(309.0)/Y(395.9)随势能的增加而减小。分析表明,在低速高电荷态离子与Al靶相互作用过程中,动能（电子阻止本领）和势能共同作用导致Al原子的激发,与激发态Al(4s)相比,电子布居较高激发态Al(3d)的概率随着离子电子阻止本领的增加而增大,而随着离子势能增加而减小。在低速高电荷态离子与金属表面相互作用过程中,入射离子在靶材中的核阻止本领影响溅射原子产额,而电子阻止本领与激发概率相关。在这一作用过程中,动能和势能共同决定溅射原子的激发概率,当动能和势能在同一数量级时,动能作用比势能作用小两个量级。     

~(129)Xe~(q+)激发Mo表面产生的X射线谱

研究了高电荷态离子129Xeq+(q=25,26,27)入射金属Mo表面产生的特征X射线谱.实验结果表明,在束流强度小于120nA条件下,高电荷态离子129Xeq+可以激发Mo的L壳层特征X射线谱.单离子X射线相对产额可达10-8量级,特征X射线的相对产额随入射离子的动能和电荷态(势能)的增加而增加.通过Mo原子的Lα1特征X射线谱,利用Heisenberg不确定关系对Mo原子的第M能级寿命进行了估算.     

反冲原子对低速离子轰击Si表面时电子发射产额的影响

在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源高电荷态原子物理实验平台上,用低能(0.75keV/u≤EP/MP≤10.5keV/u,即3.8×105m/s≤vP≤1.42×106m/s)He2+,O2+和Ne2+离子束正入射到自清洁Si表面时二次电子发射产额的实验结果.结果表明电子发射产额γ近似正比于入射离子动能EP/MP.在相同动能下,γ(O)γ(Ne)γ(He),对于原子序数ZP比较大的O2+和Ne2+离子,ZP大者反而γ小,这与较高入射能量时的结果截然不同.通过计算不同入射能量下入射离子的阻止能损S,发现反冲原子对激发二次电子的作用随入射离子能量的降低显著增大,这正是导致在较低能量范围内二次电子发射产额与较高入射能量时存在差异的主要原因.