Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ридберг иондау спектроскопиясы – атомның бірнеше фотонды жұтып алып, электронды жойып, ион құру процесін зерттейтін спектроскопиялық әдіс.
Rydberg ionization spectroscopy is a spectroscopy technique in which multiple photons are absorbed by an atom causing the removal of an electron to form an ion.
Резонанстық иондау спектроскопиясы
Атомдар мен ұсақ молекулалардың иондалу шегінің энергиясы көбінесе тәжірибеде оңай қол жетімді фотондардың энергиясынан жоғары болады. Дегенмен, фотон энергиясы аралық электронды қоздырылған күймен резонансқа келсе, осы иондалу шегінің энергиясын жете алу мүмкін. Атомдар мен кіші молекулалардың дәстүрлі спектроскопиясында төменгі Ридберг деңгейлерін байқау жиі кездеседі, бірақ Ридберг күйлері лазерлік иондау эксперименттерінде одан да маңызды. Лазерлік спектроскопиялық эксперименттер көбінесе аралық деңгейде фотон энергиясының резонансы арқылы иондануды қамтиды, нәтижесінде байланыссыз соңғы электрондық күй және иондық ядро пайда болады. Таңдау ережелерімен рұқсат етілген фотоөткізілімдерде резонанс жағдайында лазердің қарқындылығы мен қоздырылған күйдің өмір сүру ұзақтығы ионданудың күтілетін нәтижесін тудырады. Бұл RIS тәсілі мен оның вариациялары нақты түрлерді жоғары сезімталдықпен анықтауға мүмкіндік береді.
The ionization threshold energy of atoms and small molecules are typically larger than the photon energies that are most easily available experimentally. However, it can be possible to span this ionization threshold energy if the photon energy is resonant with an intermediate electronically excited state. While it is often possible to observe the lower Rydberg levels in conventional spectroscopy of atoms and small molecules, Rydberg states are even more important in laser ionization experiments. Laser spectroscopic experiments often involve ionization through a photon energy resonance at an intermediate level, with an unbound final electron state and an ionic core. On resonance for phototransitions permitted by selection rules, the intensity of the laser in combination with the excited state lifetime makes ionization an expected outcome. This RIS approach and variations permit sensitive detection of specific species.
Төмен Ридберг деңгейі және резонанспен күшейтілген көпфотонды иондау
Жоғары фотон интенсивтілігі бар эксперименттер, фотон энергиясының толық еселіктерін сіңіру арқылы жүзеге асатын көп фотонды процестерді қамтуы мүмкін. Көп фотонды резонансқа қатысты эксперименттерде аралық күй көбінесе Ридберг күйі, ал соңғы күй көбінесе ион болып табылады. Жүйенің бастапқы күйі, фотон энергиясы, бұрыштық момент және басқа да таңдау ережелері аралық күйдің мәнін анықтауға көмектеседі. Осы тәсіл резонанстық түрде күшейтілген көп фотонды иондау спектроскопиясында (REMPI) қолданылады. Бұл спектроскопиялық техниканың артықшылығы – иондарды дерлік толық тиімділікпен анықтауға және тіпті олардың массасын ажыратуға болады. Сондай-ақ, осы эксперименттерде босатылған фотоэлектронның энергиясын зерттеуге бағытталған эксперименттер жүргізу арқылы қосымша ақпарат алуға болады. (Комптон және Джонсон REMPI-ді дамытудың негізін қалаушылар болды.)
High photon intensity experiments can involve multiphoton processes with the absorption of integer multiples of the photon energy. In experiments that involve a multiphoton resonance, the intermediate is often a Rydberg state, and the final state is often an ion. The initial state of the system, photon energy, angular momentum and other selection rules can help in determining the nature of the intermediate state. This approach is exploited in resonance enhanced multiphoton ionization spectroscopy (REMPI). An advantage of this spectroscopic technique is that the ions can be detected with almost complete efficiency and even resolved for their mass. It is also possible to gain additional information by performing experiments to look at the energy of the liberated photoelectron in these experiments. (Compton and Johnson pioneered the development of REMPI)
Рыдберг деңгейінің шегіне жақын деңгейлері
Ионизациялық оқиғаны тудыратын дәл осы тәсіл лазерлік тәжірибелер арқылы шектік Рыдберг күйлеріне жақын тығыз көптікке қол жеткізу үшін де қолданылуы мүмкін. Мұндай тәжірибелерде көбінесе бір толқын ұзындығындағы лазер аралық Рыдберг күйіне, ал екінші толқын ұзындығындағы лазер шектік Рыдберг күйіне жақын аймаққа өту үшін пайдаланылады. Фотоабсорбция таңдау ережелеріне сәйкес, бұл Рыдберг электрондарының жоғары эллипстік бұрыштық импульс күйінде болатыны күтіледі. Ал, дерлік дөңгелек бұрыштық импульс күйіне қозған Рыдберг электрондары ең ұзақ өмір сүруі мүмкін. Жоғары эллипстік және шектік Рыдберг күйіне жақын дерлік дөңгелек күйге өту бірнеше жолмен жүзеге асуы мүмкін, соның ішінде шағын шатасқан электр өрістеріне кездесу арқылы.
The same approach that produces an ionization event can be used to access the dense manifold of near threshold Rydberg states with laser experiments. These experiments often involve a laser operating at one wavelength to access the intermediate Rydberg state and a second wavelength laser to access the near threshold Rydberg state region. Because of the photoabsorption selection rules, these Rydberg electrons are expected to be in highly elliptical angular momentum states. It is the Rydberg electrons excited to nearly circular angular momentum states that are expected to have the longest lifetimes. The conversion between a highly elliptical and a nearly circular near threshold Rydberg state might happen in several ways, including encountering small stray electric fields.
Нөлдік электронды кинетикалық энергия спектроскопиясы
Нөлдік электронды кинетикалық энергия (ZEKE) спектроскопиясы, өте төмен кинетикалық энергияға ие резонанстық иондау фотоэлектрондарын ғана анықтау идеясымен жасалды. Бұл техникада резонанстық иондау экспериментінен кейін белгілі бір уақыт күтіліп, содан кейін детектордағы ең төмен энергиялы фотоэлектрондарды жинау үшін электр өрісі импульстік түрде қолданылады. Әдетте, ZEKE эксперименттері екі түрлі реттелетін лазерлерді пайдаланады. Бір лазер фотонының энергиясы аралық күйдің энергиясына сәйкес келеді (бұл көп фотондық өту кезінде қоздырылған күймен резонансты болуы мүмкін). Екінші лазер фотонының энергиясы иондану шегінің энергиясына жақын болады. Бұл техника өте жақсы нәтиже берді және лазерлік енінен әлдеқайда артық энергиялық ажыратымдылықты көрсетті. Бірақ, ZEKE-де анықталған фотоэлектрондар емес екені анықталды. Лазер мен электр өрісі импульсі арасындағы кешігу, ион ядросының энергиясына ең жақын, ең ұзақ өмір сүретін және ең дөңгелек Ридберг күйлерін іріктеп алады. Сақталған ұзақ өмірлі, иондану шегіне жақын Ридберг күйлерінің таралуы лазерлік энергия еніне жақын болады. Электр өрісі импульсі иондану шегіне жақын Ридберг күйлеріне Старк жылжуын тудырады және тербелістік автоионизация жүреді. ZEKE молекулалық иондардың тербеліс спектроскопиясын зерттеуде маңызды прогреске әкелді. ZEKE спектроскопиясын Шлаг, Питман және Мюллер Детлефс жасаған.
Zero electron kinetic energy (ZEKE) spectroscopy was developed with the idea of collecting only the resonance ionization photoelectrons that have extremely low kinetic energy. The technique involves waiting for a period of time after a resonance ionization experiment and then pulsing an electric field to collect the lowest energy photoelectrons in a detector. Typically, ZEKE experiments utilize two different tunable lasers. One laser photon energy is tuned to be resonant with the energy of an intermediate state. (This may be resonant with an excited state at a multiphoton transition.) Another photon energy is tuned to be close to the ionization threshold energy. The technique worked extremely well and demonstrated energy resolution that was significantly better than the laser bandwidth. It turns out that it was not the photoelectrons that were detected in ZEKE. The delay between the laser and the electric field pulse selected the longest lived and most circular Rydberg states closest to the energy of the ion core. The population distribution of surviving long lived near threshold Rydberg states is close to the laser energy bandwidth. The electric field pulse Stark shifts the near threshold Rydberg states and vibrational autoionization occurs. ZEKE has provided a significant advance in the study of the vibrational spectroscopy of molecular ions. Schlag, Peatman and Müller Dethlefs originated ZEKE spectroscopy.
Массалық талдалған іондау шегі
Массалық талдау шегіндегі иондау (MATI) ZEKE экспериментінде иондардың массасын жинау идеясымен әзірленді. MATI, ZEKE-ке қарағанда массалық ажыратымдылық бойынша артықшылық ұсынды. MATI сонымен қатар шектік Ридберг күйлерінің тербелістік автоионизациясын қолданатындықтан, лазерлік енімен салыстырылатын ажыратымдылықты қамтамасыз ете алады. Бұл ақпарат түрлі жүйелерді түсінуде маңызды рөл атқарады.
Mass analyzed threshold ionization (MATI) was developed with idea of collecting the mass of the ions in a ZEKE experiment. MATI offered a mass resolution advantage to ZEKE. Because MATI also exploits vibrational autoionization of near threshold Rydberg states, it also can offer a comparable resolution with the laser bandwidth. This information can be indispensable in understanding a variety of systems.
Фотоиндуцирленген Ридберг иондау
Фотоиндуцирленген Ридберг иондау (PIRI) көмірқышқыл газының төменгі Ридберг күйлерінің электрондық автоиондануы бойынша жүргізілген REMPI эксперименттерінен кейін дамытылды. REMPI фотоэлектрондық эксперименттерінде, екі фотонды иондық ядролық фотоқону процесінің (содан кейін жылдам электрондық автоиондану) көмірқышқыл газының кейбір Ридберг күйлерінің иондануында тікелей бір фотонды сіңіруден басым түруі мүмкін екені анықталды. Мұндай екі қозған электрондық жүйелер бұрыннан атом физикасында зерттелген, бірақ ондағы эксперименттер жоғары дәрежелі Ридберг күйлерімен байланысты болды. PIRI электрондық автоиондану тікелей фотоиондануға (фотоиондану) басымдық тануы мүмкін болғандықтан жұмыс істейді. Шекке жақын Ридберг күйі, Ридберг күйін тікелей иондауға фотонды сіңіруге қарағанда, ядролық фотоқонуға ұшырау ықтималдығы жоғары. PIRI жақын шек спектроскопиялық әдістерді кеңейтеді, бұл электрондық күйлерге (диссоциативті молекулалық күйлер және басқа да зерттеуге қиын жүйелерді қоса), сондай-ақ молекулалық иондардың тербеліс күйлеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Photo induced Rydberg ionization (PIRI) was developed following REMPI experiments on electronic autoionization of low lying Rydberg states of carbon dioxide. In REMPI photoelectron experiments, it was determined that a two photon ionic core photoabsorption process (followed by prompt electronic autoionization) could dominate the direct single photon absorption in the ionization of some Rydberg states of carbon dioxide. These sorts of two excited electron systems had already been under study in the atomic physics, but there the experiments involved high order Rydberg states. PIRI works because electronic autoionization can dominate direct photoionization (photoionization). The circularized near threshold Rydberg state is more likely to undergo a core photoabsorption than to absorb a photon and directly ionize the Rydberg state. PIRI extends the near threshold spectroscopic techniques to allow access to the electronic states (including dissociative molecular states and other hard to study systems) as well as the vibrational states of molecular ions.