Фотоионизация: атомдар мен молекулалардың фотонмен өзара әрекеттесуі
Photoionization
Фотоионизация: фотонның атом немесе молекуламен өзара әрекеттесуінен иондар қалай түзілетіні. Фотоионизация қимасы, энергия, молекула құрылымы туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фотонның атом немесе молекуламен өзара әрекеттесуі арқылы ионның қалыптасуы.
Ion formation via a photon interacting with a molecule or atom
Фотоионизация – бұл фотонның атом немесе молекуламен өзара әрекеттесуі нәтижесінде ионның пайда болатын физикалық процесс.
Photoionization is the physical process in which an ion is formed from the interaction of a photon with an atom or molecule.
Кесінді қимасы
Фотондар мен атомдар немесе молекулалар арасындағы әрбір өзара әрекеттесу фотоиондануға алып келмейді. Фотоиондану ықтималдығы, түрдің фотоиондану қимасына байланысты – иондану оқиғасының ықтималдығы, гипотетикалық қима ауданы ретінде қарастырылады. Бұл қима, фотонның энергиясына (оның толқын санына пропорционалды) және қарастырылып отырған түрге, яғни молекулалық түрдің құрылымына байланысты. Молекулалар үшін фотоиондану қимасын, негізгі күйдегі молекула мен мақсатты ион арасындағы Франк-Кондон факторларын зерттеу арқылы бағалауға болады. Бұл, молекуланың тербелісін және оған байланысты катионды (ионданудан кейін) кванттық-химиялық бағдарламалық жасақтама, мысалы QChem арқылы есептеу арқылы басталуы мүмкін. Иондану шегінен төмен фотон энергиялары үшін фотоиондану қимасы нөлге жуық. Бірақ, импульсті лазерлердің дамуымен, өте қарқынды, когерентті жарық жасау мүмкін болды, онда көп фотонды иондану, тізбектелген қозулар мен релаксациялар арқылы жүруі мүмкін. Тіпті жоғары қарқындылықта (инфрақызыл немесе көрінетін жарықтың 1015 – 1016 Вт/см2 шамасында), бөгетті басу арқылы иондану және иондануды қайта тарату сияқты бұзылмаған құбылыстар байқалады.
Not every interaction between a photon and an atom, or molecule, will result in photoionization. The probability of photoionization is related to the photoionization cross section of the species – the probability of an ionization event conceptualized as a hypothetical cross sectional area. This cross section depends on the energy of the photon (proportional to its wavenumber) and the species being considered i. e. it depends on the structure of the molecular species. In the case of molecules, the photoionization cross section can be estimated by examination of Franck Condon factors between a ground state molecule and the target ion. This can be initialized by computing the vibrations of a molecule and associated cation (post ionization) using quantum chemical software e. g. QChem. For photon energies below the ionization threshold, the photoionization cross section is near zero. But with the development of pulsed lasers it has become possible to create extremely intense, coherent light where multi photon ionization may occur via sequences of excitations and relaxations. At even higher intensities (around 1015 – 1016 W/cm2 of infrared or visible light), non perturbative phenomena such as barrier suppression ionization and rescattering ionization are observed.
Көп фотоны иондау
Ионизациялық шектен төмен энергиясы бар бірнеше фотон атомды иондау үшін өз энергияларын біріктіре алады. Бұл ықтималдылық қажетті фотондар санымен тез төмендейді, бірақ өте қарқынды, импульсті лазерлерді жасау оны мүмкін етеді. Пертурбативтік режимде (оптикалық жиіліктерде шамамен 1014 Вт/см2-ден төмен) N фотонды сіңіру ықтималдығы лазерлік жарықтың интенсивтілігі I-ге IN пропорционалды. Жоғары интенсивтіліктерде бұл тәуелділік AC Старк эффектісінің пайда болуына байланысты жарамсыз болады. Резонанстық күшейтілген көп фотонды иондау (REMPI) – атомдар мен кіші молекулалардың спектроскопиясында қолданылатын әдіс, онда реттелетін лазерді қозған аралық күйге қол жеткізу үшін пайдалануға болады. Шектен жоғары иондану (ATI) – көп фотонды ионданудың кеңейтілген түрі, онда атомды иондау үшін қажеттіден артық фотондар сіңіріледі. Артық энергия босатылған электронға, қарапайым шектен жоғары иондану жағдайына қарағанда, жоғары кинетикалық энергия береді. Нақтырақ айтқанда, жүйе фотоэлектрондық спектрде фотон энергиясымен бөлінген бірнеше максимумға ие болады, бұл сәулеленген электронның қалыпты (фотондардың ең аз санымен) иондану жағдайына қарағанда жоғары кинетикалық энергияға ие екенін көрсетеді. Нысанадан босатылған электрондарда фотон энергиясының толық санына жуық кинетикалық энергия болады.
Several photons of energy below the ionization threshold may actually combine their energies to ionize an atom. This probability decreases rapidly with the number of photons required, but the development of very intense, pulsed lasers still makes it possible. In the perturbative regime (below about 1014 W/cm2 at optical frequencies), the probability of absorbing N photons depends on the laser light intensity I as IN For higher intensities, this dependence becomes invalid due to the then occurring AC Stark effect. Resonance enhanced multiphoton ionization (REMPI) is a technique applied to the spectroscopy of atoms and small molecules in which a tunable laser can be used to access an excited intermediate state. Above threshold ionization (ATI) is an extension of multi photon ionization where even more photons are absorbed than actually would be necessary to ionize the atom. The excess energy gives the released electron higher kinetic energy than the usual case of just above threshold ionization. More precisely, the system will have multiple peaks in its photoelectron spectrum which are separated by the photon energies, indicating that the emitted electron has more kinetic energy than in the normal (lowest possible number of photons) ionization case. The electrons released from the target will have approximately an integer number of photon energies more kinetic energy.
Туннельді иондау
Лазерлік интенсивтілік одан әрі ұлғайтылса немесе көп фотонды иондану режимімен салыстырғанда ұзын толқындылық қолданылса, квази стационарлық тәсіл қолданылуы мүмкін, бұл атомдық потенциалдың бұрмалануына алып келеді. Нәтижесінде, байланысқан күй мен континуумдық күйлер арасында салыстырмалы түрде төмен және тар кедергі қалады. Содан кейін электрон осы кедергі арқылы туннельдеу арқылы немесе үлкен бұрмалаулар болған жағдайда оны басып өтуі мүмкін. Бұл құбылыстар тиісінше туннельдік иондану және кедергі арқылы иондану деп аталады.
When either the laser intensity is further increased or a longer wavelength is applied as compared with the regime in which multi photon ionization takes place, a quasi stationary approach can be used and results in the distortion of the atomic potential in such a way that only a relatively low and narrow barrier between a bound state and the continuum states remains. Then, the electron can tunnel through or for larger distortions even overcome this barrier. These phenomena are called tunnel ionization and over the barrier ionization, respectively.