高电荷态离子引起的富勒烯离子的碎裂

离子在与富勒烯的相互作用过程中会导致C60分子的激发。处于低激发态的C60r 离子通过发射中性C2分子或带电的轻团簇碎片Cn 等非对称碎裂方式来耗散激发能,但如果激发能很高,笼形的C60r 离子可能会彻底崩溃,而发生多重碎裂。C60r 离子的碎裂过程与其电荷态r及分裂势垒密切相关。低电荷态的C60r (r≤3)离子蒸发一个C2分子需要克服10.3 eV左右的势垒。随着电荷态的升高,发射带电的Cn 会变得越来越容易,并逐渐过渡到多重碎裂过程。另一方面,C60r 离子的碎裂机制还与激发方式有关,在直接正碰过程中,将C60分子当作固体薄靶来处理,通过分析不同价态的C60r 离子的碎片谱,发现母核的初始电荷态决定碎裂方式,由此获得一个可以表征激发能大小的可观测量——发射电子个数。     

高电荷态离子引起的富勒烯禹子的碎裂

离子在与富勒烯的相互作用过程中会导致C60分子的激发。处于低激发态的C60^r＋离子通过发射中性C2分子或带电的轻团簇碎片Cn^＋等非对称碎裂方式来耗散激发能，但如果激发能很高，笼形的C60^r＋离子可能会彻底崩溃，而发生多重碎裂。C60^r＋离子的碎裂过程与其电荷态r及分裂势垒密切相关。低电荷态的C60^r＋（r≤3）离子蒸发一个C2分子需要克服10．3eV左右的势垒。随着电荷态的升高，发射带电的Cn^＋会变得越来越容易，并逐渐过渡到多重碎裂过程。另一方面，C60^r＋离子的碎裂机制还与激发方式有关，在直接正碰过程中，将C60分子当作固体薄靶来处理，通过分析不同价态的C60^r＋离子的碎片谱，发现母核的初始电荷态决定碎裂方式，由此获得一个可以表征激发能大小的可观测量——发射电子个数。     

纳秒激光诱导C60分子碎裂中轻碎片离子C+n(n《30)的产生机理研究

采用飞行时间质谱计测量了纳秒激光诱导C60分子碎裂中轻碎片离子C n(n≤11)的初始平均动能,结果显示轻碎片离子具有相同的初始平均动能(约为0.34 eV),并且该动能在一定范围内不随激光通量的变化而明显改变.结合前人的实验结果,对纳秒激光诱导C60分子碎裂中轻碎片离子C n(n<30)的主要产生模式作了新的阐述,即C60分子级联发射15个C2分子和一个电子形成自身不稳定的C 30离子,在皮秒时间尺度内C 30离子的笼形结构塌陷,进而轻碎片离子产生.     

Ar+和He+离子与C60碰撞后富勒希离子的激发机制

C60在与重离子作用下的激发机制与入射离子能量、质量及电荷态有关.核阻止主要出现在低能重离子与C60的碰撞中;而高能轻离子作用下,电子阻止迅速增强,成为主要的激发方式.本文中直接观察到由弹性碰撞引起的C+峰,及其丰度依赖于入射离子的质量.同时我们还发现电子阻止随入射离子能量(7～20?keV)增大相应增加,这与绝热量子分子动力学计算的结果一致.     

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     

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     

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.     

Na离子和Cl离子引起He原子直接多重电离过程的研究

利用2～8 MeV的Naq+、Clq+(q=2,3,4,5)轰击氦原子,对碰撞的直接多重电离过程进行研究.实验采用反冲离子-散射离子飞行时间符合技术,通过反冲离子飞行时间谱区分不同价态反冲离子;利用静电偏转和位置灵敏探测技术区分不同电荷态散射离子;结合CAMAC-PC多参数获取系统得到一定价态散射离子所对应的反冲离子电荷态分布谱;经分析该谱得到直接多重电离截面与直接单电离截面之比R21.讨论了R21随入射离子速度和电荷态的变化关系.     

激光辐照C60分子中光束发散度对产物分布的影响

利用焦距为300 mm和1500 mm的透镜对纳秒激光束进行聚焦,产生了在空间发散度上具有较大差别的两激光束,采用飞行时间质谱计分别测量了两光束诱导C60分子电离和碎裂时的离子产物分布随激光通量的变化特征.实验结果表明,激光束的空间发散度越大,轻碎片离子Cn,+(n<25)的总产额、C60分子的碎裂程度以及延迟电离产额随激光通量的变化趋势就越快,延迟电离成分占总电离成分的百分比就越高.该实验结果可用多光子吸收的内能分布理论给予合理解释.     

近玻尔速度不同离子碰撞产生Al的KX射线

在玻尔速度附近能区,测量了H⁺,He²⁺和I²²⁺,Xe²⁰⁺离子作用于Al靶时碰撞激发靶的K壳层X射线.得到了相应X射线的发射截面,并与不同理论模型进行对比.研究表明,单核子能量相同时,轻离子入射激发的X射线产生截面比高电荷态重离子轰击时小了大约4个数量级.质子、He²⁺离子激发的实验截面可以由ECPSSR理论来很好的估算,而I²²⁺,Xe²⁰⁺的实验结果与考虑有效电荷、低速库仑偏转修正的BEA理论计算符合较好.     

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.     

纳秒激光诱导C60分子碎裂中轻碎片离子C+n(n＜30)的产生机理研究

采用飞行时间质谱计测量了纳秒激光诱导C₆₀分子碎裂中轻碎片离子C⁺_n(n≤11)的初始平均动能,结果显示轻碎片离子具有相同的初始平均动能(约为0.34eV),并且该动能在一定范围内不随激光通量的变化而明显改变.结合前人的实验结果,对纳秒激光诱导C₆₀分子碎裂中轻碎片离子C⁺_n(n＜30)的主要产生模式作了新的阐述,即C< 关键词： 飞行时间质谱计 轻碎片离子 笼形结构塌陷 初始动能     

低速高电荷态重离子在C_(60)薄膜中引起的势效应研究

为了研究低速高电荷态离子在C60薄膜中引起的势效应,用能量为200keV的高电荷态Xen+(n=3,10,13,15,17,20,22,23)离子辐照了C60薄膜。用原子力显微镜(AFM)和Raman散射技术分析了辐照过程中高电荷态Xen+离子所储存势能在C60薄膜中引起的效应,即势效应。AFM分析结果表明,辐照C60薄膜的表面粗糙度随辐照Xen+离子电荷态(即势能)的增加而减小,揭示了势效应的存在。而Raman分析结果表明,由于Xe离子的动能远大于其所储存的势能,因此,尽管有表面势效应的影响,但在Raman分析的深度范围内,弹性碰撞还是主导了C60薄膜的损伤过程。     

三价羰基硫离子(OCS3+)二体解离过程模拟研究

基于Gaussian量子化学模拟软件采用不同基组(6-31G^**和TZVP)下的B3LYP方法对基态三价羰基硫离子(OCS³⁺)的势能曲线进行分析,得到了三价羰基硫离子可能的解离通道.当固定C—O键长为OCS分子的构型键长时(2.1a.u.),通过模拟基态OCS³⁺离子沿着C—S键断裂的势能曲线,发现沿着C—S键的势能曲线是一个具有小势垒的排斥态;相反,当固定C—S键长为OCS分子的构型键长时(2.9a.u.),基态OCS³⁺离子沿着C—O键的势能曲线是一个势垒较大的排斥态,根据弗兰克-康登原理可知,基态OCS³⁺离子倾向于以断裂C—S键的方式进行解离.通过搜索基态OCS³⁺离子过渡态、IRC路径分析进一步确定了基态OCS³⁺离子具体的解离通道：OCS³⁺→CO⁺+S²⁺.最后通过对反应物和产物的Mulliken电荷分布和键长的分析,得到与前面一致的结论.     

N2O+离子A2∑+电子态的光谱研究

用一束波长为360.55 nm的激光,通过N2O分子的(3+1)共振增强多光子电离过程制备纯净的母体离子N2O+X2Ⅱ3/2,1/2(000).用另一束可调谐激光将N2O+离子激发至预解离态A2Σ+,利用飞行时间质谱检测解离碎片NO+离子强度随光解光波长的变化,在278-328 nm波长范围内获得了光解碎片的激发(PHOFEX)谱.观测到了N2O+离子A2Σ+←X2Ⅱ电子跃迁较丰富的振动谱带.通过对PHOFEX光谱的标识,获得了A2∑+态较准确和全面的分子光谱常数.     

中能Ne~(4+)离子诱导的羰基硫分子三体碎裂动力学分析

利用反应显微成像谱仪开展了56 keV/u的Ne~(4+)离子与羰基硫(OCS)气体的交叉碰撞实验,研究了Ne~(4+)离子诱导的OCS~(3+)的碎裂动力学.通过符合探测三个末态离子,重构了OCS~(3+)离子三体碎裂对应的牛顿图和Dalitz图,并明确区分了直接解离和次序解离两种碎裂过程.重构了OCS~(3+)离子解离过程的动能释放(KER)分布,发现其峰值在25 eV处,同时在18 eV处有肩膀结构的存在,其中25 eV左右的峰来源于直接解离过程,18 eV处的肩膀结构来源于次序解离和非次序解离两种过程.通过分析不同能量和不同电荷态下重离子碰撞实验所得到的KER谱,发现微扰强度不是影响态布居的主要因素.OCS~(3+)次序解离中的第二步KER的峰值在6.2 eV处.结合以往的实验结果,我们得出结论:多电离态的分子发生次序碎裂的根源在于二价离子碎片存在亚稳态,而重构得到的第二步KER可以反映亚稳态离子的电子态信息.     

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²⁰⁷Pb^q+(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. 关键词： 高电荷态离子 经典过垒模型 电子发射产额     

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     

类钴氙离子入射Ni表面激发的红外光谱线和X射线谱

当高电荷态类钴氙离子（cobalt like -Xe, Xe²⁷⁺）入射金属Ni表面过程中,共振电子俘获释放势能完成中性化,形成多激发态的Xe原子,其外壳层电子退激辐射红外光谱线.入射离子特殊的势能释放方式、离子动能和金属表面引起离子增益的能量在极短的时间（飞秒量级）沉积靶平方纳米尺度的空间范围,引起靶表面原子激发和电离,形成复杂组态之间的跃迁,特别是偶极禁戒跃迁（电四极跃迁、磁偶极跃）和X射线发射.单离子X射线产额随入射离子的动能增加而增加. 关键词： 高电荷态离子 红外光谱线 X射线 禁戒跃迁     

高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子（Xeq+）引起半导体材料表面（6H-SiC）纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从11014到51015 ionscm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品, 经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。