Фотоионизация

Фотоионизация — это физический процесс, при котором ион образуется в результате взаимодействия фотона с атомом или молекулой . ^[2]

Поперечное сечение

Не каждое взаимодействие между фотоном и атомом или молекулой приводит к фотоионизации. Вероятность фотоионизации связана с сечением фотоионизации вида - вероятностью события ионизации, представленной как гипотетическая площадь поперечного сечения. Это сечение зависит от энергии фотона (пропорциональной его волновому числу) и рассматриваемого вида, т.е. оно зависит от структуры молекулярного вида. В случае молекул сечение фотоионизации можно оценить путем изучения факторов Франка-Кондона между молекулой в основном состоянии и целевым ионом. Это можно инициализировать путем расчета колебаний молекулы и связанного с ней катиона (пост-ионизация) с использованием программного обеспечения для квантовой химии, например QChem. Для энергий фотонов ниже порога ионизации сечение фотоионизации близко к нулю. Но с развитием импульсных лазеров стало возможным создавать чрезвычайно интенсивный когерентный свет, в котором многофотонная ионизация может происходить посредством последовательностей возбуждений и релаксаций. При еще более высоких интенсивностях (около 10 ¹⁵ – 10 ¹⁶ Вт/см ² инфракрасного или видимого света), непертурбативные явления, такие как ионизация с подавлением барьера ^[3] и перерассеяющая ионизация ^[4] наблюдаются.

Многофотонная ионизация

Несколько фотонов с энергией ниже порога ионизации могут фактически объединить свои энергии для ионизации атома. Эта вероятность быстро уменьшается с увеличением количества требуемых фотонов, но разработка очень мощных импульсных лазеров все еще делает это возможным. В пертурбативном режиме (ниже примерно 10 ¹⁴ Вт/см ² на оптических частотах) вероятность поглощения N фотонов зависит от интенсивности лазерного света I как I ^Н. ^[5] Для более высоких интенсивностей эта зависимость становится недействительной из-за возникающего при этом эффекта Штарка переменного тока . ^[6]

Многофотонная ионизация с резонансным усилением (REMPI) — это метод, применяемый для спектроскопии атомов и малых молекул , в котором перестраиваемый лазер можно использовать для доступа к возбужденному промежуточному состоянию . ^{[ нужна ссылка ]}

Надпороговая ионизация (ATI) ^[7] Это расширение многофотонной ионизации, при котором поглощается даже больше фотонов, чем на самом деле необходимо для ионизации атома. Избыточная энергия дает высвободившемуся электрону более высокую кинетическую энергию , чем в обычном случае ионизации чуть выше порога. Точнее, система будет иметь несколько пиков в своем фотоэлектронном спектре , которые разделены энергиями фотонов, что указывает на то, что испускаемый электрон имеет большую кинетическую энергию, чем в обычном (наименьшем возможном количестве фотонов) случае ионизации. Электроны, выпущенные из мишени, будут иметь примерно на целое число энергий фотонов больше кинетической энергии. ^{[ нужна ссылка ]}

Туннельная ионизация

При дальнейшем увеличении интенсивности лазера или применении более длинной волны по сравнению с режимом, в котором имеет место многофотонная ионизация, может быть использован квазистационарный подход, который приводит к искажению атомного потенциала таким образом, что остается только относительно низкий и узкий барьер между связанным состоянием и состояниями континуума. Затем электрон может туннелировать сквозь этот барьер или, при больших искажениях, даже преодолеть этот барьер. Эти явления называются туннельной ионизацией и надбарьерной ионизацией соответственно. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ «Хаббл обнаружил призраки квазаров прошлого» . Пресс-релиз ЕКА/Хаббла . Проверено 23 апреля 2015 г.
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Фотоионизация ». doi : 10.1351/goldbook.P04620
^ Делоне, Северная Каролина; Крайнов, В.П. (1998). «Туннельная и барьерно-подавляющая ионизация атомов и ионов в поле лазерного излучения». Успехи физики . 41 (5): 469–485. Бибкод : 1998PhyU...41..469D . дои : 10.1070/PU1998v041n05ABEH000393 . S2CID 94362581 .
^ Дикьяра, А.; и др. (2005). «Конференция по квантовой электронике и лазерной науке 2005 г.». Материалы конференции по квантовой электронике и лазерной науке . Том. 3. Оптическое общество Америки . стр. 1974–1976. дои : 10.1109/QELS.2005.1549346 . ISBN 1-55752-796-2 .
^ Дэн, З.; Эберли, Дж. Х. (1985). «Многофотонное поглощение атомами выше порога ионизации в сильных лазерных полях». Журнал Оптического общества Америки Б. 2 (3): 491. Бибкод : 1985JOSAB...2..486D . дои : 10.1364/JOSAB.2.000486 .
^ Протопапас, М; Кейтель, Швейцария; Найт, Польша (1 апреля 1997 г.). «Атомная физика с лазерами сверхвысокой интенсивности». Отчеты о прогрессе в физике . 60 (4): 389–486. Бибкод : 1997РПФ...60..389П . дои : 10.1088/0034-4885/60/4/001 . S2CID 250856994 .
^ Агостини, П.; и др. (1979). «Свободно-свободные переходы после шестифотонной ионизации атомов ксенона» . Письма о физических отзывах . 42 (17): 1127–1130. Бибкод : 1979PhRvL..42.1127A . дои : 10.1103/PhysRevLett.42.1127 .

Дальнейшее чтение

Уве Беккер; Дэвид Аллен Ширли (1 января 1996 г.). ВУФ и мягкая рентгеновская фотоионизация . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-306-45038-9 .
Чеук-Ю Нг (1991). Вакуумная ультрафиолетовая фотоионизация и фотодиссоциация молекул и кластеров . Всемирная научная . ISBN 978-981-02-0430-3 .
Джозеф Берковиц (1979). Фотоабсорбция, фотоионизация и фотоэлектронная спектроскопия . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-091650-4 .
В. С. Летохов (1987). Лазерная фотоионизационная спектроскопия . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-444320-4 .

[1] «Хаббл обнаружил призраки квазаров прошлого» . Пресс-релиз ЕКА/Хаббла . Проверено 23 апреля 2015 г.

[2] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) « Фотоионизация ». doi : 10.1351/goldbook.P04620

[3] Делоне, Северная Каролина; Крайнов, В.П. (1998). «Туннельная и барьерно-подавляющая ионизация атомов и ионов в поле лазерного излучения». Успехи физики . 41 (5): 469–485. Бибкод : 1998PhyU...41..469D . дои : 10.1070/PU1998v041n05ABEH000393 . S2CID 94362581 .

[4] Дикьяра, А.; и др. (2005). «Конференция по квантовой электронике и лазерной науке 2005 г.». Материалы конференции по квантовой электронике и лазерной науке . Том. 3. Оптическое общество Америки . стр. 1974–1976. дои : 10.1109/QELS.2005.1549346 . ISBN 1-55752-796-2 .

[5] Дэн, З.; Эберли, Дж. Х. (1985). «Многофотонное поглощение атомами выше порога ионизации в сильных лазерных полях». Журнал Оптического общества Америки Б. 2 (3): 491. Бибкод : 1985JOSAB...2..486D . дои : 10.1364/JOSAB.2.000486 .

[6] Протопапас, М; Кейтель, Швейцария; Найт, Польша (1 апреля 1997 г.). «Атомная физика с лазерами сверхвысокой интенсивности». Отчеты о прогрессе в физике . 60 (4): 389–486. Бибкод : 1997РПФ...60..389П . дои : 10.1088/0034-4885/60/4/001 . S2CID 250856994 .

[7] Агостини, П.; и др. (1979). «Свободно-свободные переходы после шестифотонной ионизации атомов ксенона» . Письма о физических отзывах . 42 (17): 1127–1130. Бибкод : 1979PhRvL..42.1127A . дои : 10.1103/PhysRevLett.42.1127 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]