离子和气相原子，表面碰撞的电荷转移过程及能损的研究

论文摘要

目前的实验工作主要包括两部分:一是在巴黎的LCAM实验室,完成了在掠射条件下离子-表面散射的能损的测量和大角度散射的条件下电荷转移的研究;二是在兰州大学完成了离子-原子碰撞的电荷转移的研究。本论文具体包括以下几部分:在第一章描述了离子-表面/原子相互作用的理论模型和相关概念。在第二章描述了本论文使用的实验仪器和技术。在第三和第四章,完成了1-4keV H+,He+和F-离子在金表面散射的表面沟道和能损的研究。实验上发现能损依赖于表面的方位角的改变,同时在能谱图上观测到多峰结构。考虑了表面不均匀电子气的离子轨迹和相关能损谱的模拟得出多峰结构源于不同的轨迹类型。能损的计算和实验结果吻合很好。在第五章描述了Li+离子在Au（110）和Ag/Au（111）表面散射的电荷转移。实验上发现中性化份额对入射能量,出射角度,以及方位角均有依赖。其次在高功函表面如此有效的中性化是和传统的共振电荷转移模型相矛盾的。因此根据最近的理论研究成果,修正了传统的共振电荷转移模型,并给出了和实验结果大致相符的计算结果。我们用STM研究了Au（111）基底上生长超薄Ag膜,同时利用低能Li+离子背散射研究了电荷转移过程。入射离子中性化份额随入射能或出射能的增大而单调的减小,且并没有得到像人们预期的由于超薄膜Ag和基底Ag电子结构,能带结构的差异而引起中性化份额的不同。相比传统的jellium模型,改进的模型计算的结果和实验符合的很好。在第六章介绍了MeV Cq+离子和Ar靶碰撞的电荷转移的研究,给出了入射离子丢一个电子情况下的靶电离截面比的标度,研究发现入射离子丢（俘获）一个电子的情况的靶电离截面比或靶多电离与单俘获截面比均强烈依赖于入射离子的电荷态,而且随入射能的变化,各个反应道的变化激烈。实验上还观测到入射离子丢一个电子的情况下的靶多电离与纯单电离截面比随入射能量有振荡结构。在第七章我们还修改了过垒模型来处理多电荷态离子和氢原子和氦原子靶在中能区碰撞情况下的俘获和电离截面。这是一种非常简单的快速估算截面的方法,具有解析的表达式,容易理解物理实质,关键是能够给出正确的截面值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 离子-表面和离子-原子碰撞的基本概念
• 第一部分:离子-表面相互作用
• 1.1 两体碰撞模型
• 1.2 沟道效应
• 1.3 离子-表面相互作用的电荷交换过程
• 1.3.1 jellium模型
• 1.3.2 像电荷相互作用
• 1.3.3 共振跃迁
• 1.3.4 Auger跃迁
• 1.4 轨迹计算模型
• 1.5 离子的阻止本领
• 第二部分:离子-原子碰撞
• 1.6 Bohr-Lindhardt模型
• 文献
• 第二章 实验仪器和技术
• 第一部分:Orsay的实验仪器
• 2.1 概述
• 2.2 超高真空系统
• 2.3 离子源
• 2.4 主靶室和准备室
• 2.4.1 溅射离子枪
• 2.4.2 蒸发器
• 2.4.3 操纵杆和样品架
• 2.4.4 飞行时间装置
• 2.4.5 直接反冲TOF谱仪（DR-TOFS）
• 2.4.6 静电能量分析器
• 2.5 扫描隧道显微镜谱仪
• 2.6 样品的准备
• 第二部分:兰州的实验仪器
• 2.7 概述
• 2.8 探测反冲离子
• 2.9 探测散射离子
• 2.10 数据获取
• 文献
• 实验结果和讨论
• 第一部分:离子-表面相互作用
• +和He⁺离子在Au表面散射的表面沟道和能损研究'>第三章 H⁺和He⁺离子在Au表面散射的表面沟道和能损研究
• 3.1 引言
• +和He⁺离子在Au（111）表面的散射'>3.2 H⁺和He⁺离子在Au（111）表面的散射
• +在Au（111）表面散射的离子份额'>3.2.1 H⁺在Au（111）表面散射的离子份额
• +和H⁼离子的能损'>3.2.2 He⁺和H⁼离子的能损
• +离子在Au（110）表面的散射'>3.3 H⁺离子在Au（110）表面的散射
• +在Au（110）表面散射的离子份额'>3.3.1 H⁺在Au（110）表面散射的离子份额
• +离子的能损'>3.3.2 H⁺离子的能损
• 3.4 讨论
• 3.5 结论
• 文献
• -离子在（1×2）-Au（110）表面散射的表面沟道和能损研究'>第四章 F^-离子在（1×2）-Au（110）表面散射的表面沟道和能损研究
• 4.1 引言
• -在Au（110）表面的散射'>4.2 F^-在Au（110）表面的散射
• -在Au（110）表面散射的离子份额'>4.2.1 F^-在Au（110）表面散射的离子份额
• -离子的能损'>4.2.2 F^-离子的能损
• 4.3 讨论
• 4.3.1 能损的计算
• 1依赖的能损'>4.3.2 Z₁依赖的能损
• 4.4 结论
• 文献
• +离子在Au（110）表面和Ag/Au（111）表面散射的电荷转移过程'>第五章 Li⁺离子在Au（110）表面和Ag/Au（111）表面散射的电荷转移过程
• 5.1 引言
• +离子份额与入射能量,出射角以及方位角的关系'>5.2 Li⁺离子份额与入射能量,出射角以及方位角的关系
• 5.3 表征在Au（111）基底生长的Ag超薄膜
• 5.3.1 STM图像
• +离子在Ag/Au（111）上的中性化'>5.3.2 Li⁺离子在Ag/Au（111）上的中性化
• 5.4 讨论
• +在Au（110）表面的中性化'>5.4.1 Li⁺在Au（110）表面的中性化
• +离子在Ag/Au（111）表面的中性化'>5.4.2 Li⁺离子在Ag/Au（111）表面的中性化
• 5.5 结论
• 文献
• 第二部分:离子-原子碰撞
• q+离子与Ar碰撞的电荷转移过程研究'>第六章 MeV C^q+离子与Ar碰撞的电荷转移过程研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 6.2.1 靶的多电离伴随着入射离子单电子丢失
• 6.2.2 靶的多电离伴随着入射离子单电子俘获
• 6.3 结论
• 文献
• 第七章 电荷交换截面的理论估算研究
• 7.1 引言
• 7.2 理论模型
• 7.2.1 扩展的过垒模型（Ⅰ）
• 7.2.2 扩展的过垒模型（Ⅱ）
• 7.3 结论
• 文献
• 总结
• 博士期间发表的论文
• 致谢