WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 8 02 Упругое рассеяние низкоэнергетических электронов атомами кадмия © Е.Э. Контрош, И.В. Чернышова, О.Б. Шпеник Институт электронной физики НАН Украины, 88000 Ужгород, Украина e-mail: an@zvl.iep.uzhgorod.ua (Поступило в Редакцию 15 июля 2002 г. В окончательной редакции 28 января 2003 г.) Приводятся полученные впервые результаты экспериментальных исследований дифференциального сечения упругого рассеяния электронов на угол 180, а также полного сечения рассеяния электронов атомами кадмия в энергетической области 0-6 eV. В энергетической области вблизи порога и E 4eV обнаружены четко выраженные резонансы формы с (5s25p)2P0- и 5s5p2-конфигурациями. Кроме того, в дифференциальном сечении в области 3-3.7 eV наблюдаются дополнительные особенности, которые, по-видимому, связаны с d-волновым резонансом формы. Найдено, что резонансный вклад в сечение обратного рассеяния в области 4 eV составляет около 20%.

Введение можно найти в оригинальных статьях и в недавних обзорах [2,8]. Однако, насколько нам известно, до настоАтом кадмия со сложной электронной структурой, ящего времени полностью отсутствуют данные о диффепредставляющей электронную конфигурацию криптона ренциальных сечениях упругого рассеяния электронов плюс десять электронов в 4d- и два в 5s-подоболочке назад (на угол 180 по отношению к направлению атома [1], является привлекательным объектом для экспервичного пучка электронов) атомами кадмия. Это, периментальных исследований широкого круга столкочевидно, связано со сложностью проведения таких новительных процессов, таких как упругое рассеяние экспериментов.

электронов, возбуждение, ионизация и т. д. Тем не менее Известно [9], что измерения упругого рассеяния элекдо настоящего времени выполнено ограниченное число тронов на большие углы рассеяния являются важными как экспериментальных, так и теоретических работ, в копри определении фазовых сдвигов участвующих парциторых изучалось упругое рассеяние электронов малых альных волн. При рассеянии электронов на 180 все энергий атомами кадмия [2].

парциальные волны, которые вносят вклад (наибольОдной из первых экспериментальных работ, в которой ший для более тяжелых атомных мишеней), имеют изучалось упругое рассеяние электронов малых энергий ту же величину (по модулю), что и их полиномы (0-7eV) атомами кадмия является трансмиссионный Лежандра в парциально-волновом разложении амплиэксперимент Барроу и др. [3], в котором впервые был туды рассеяния. Кроме того, при обратном рассеянии обнаружен P-резонанс формы при энергии, близкой поляризация и обменные вклады во взаимодействие к нулю. Здесь также наблюдались четко выраженная ожидаются более значительными, чем вклад от электриширокая особенность при энергии электронов несколько ческого дипольного момента. Не менее важной с эксвыше порогового значения 4 eV для возбуждения периментальной точки зрения является возможность (5s5p)3P-уровня атома и касп в пороге возбуждения максимального сбора сигнала из области взаимодей(5s5p)1P1-уровня атома. Дифференциальные сечения ствия пучков при детектировании рассеянных электроупругого рассеяния на углы 60, 90 и 120 в обнов на 180 [10].

ласти энергий 3-5 eV изучались с помощью 127-го Целью данной работы было исследование энергетичеэлектростатического энергоанализатора [4] и на углы ских зависимостей дифференциального (на угол 180) от 20 до 120 с применением полусферического энери полного сечений упругого рассеяния электронов магоанализатора с системой электростатических линз [5].

лых энергий на атомах кадмия, а также анализ корреВ экспериментах [1] с использованием полусферичеляции особенностей в этих сечениях. Эти исследования ского энергоанализатора были измерены относительные восполнят отсутствующие на данный момент данные по дифференциальные сечения упругого рассеяния электроупругому рассеянию электронов на угол 180.

нов в широком диапазоне энергий (от 3.4 до 85 eV) С целью для получения моноэнергетического пучка и углов рассеяния (от 0 до 150), а также сечения электронов и для анализа упругорассеянных назад элеквозбуждения 16 уровней атома кадмия.

тронов использовался гипоциклоидальный электронный Наличие P-резонансов формы в упругом рассеянии электронов на атомах Cd было предсказано с ис- спектрометр. Выбор его обусловлен уникальностью данного спектрометра, заключающуюся в том, что он может пользованием метода горизонтальной экстраполяции [6] и с применением полурелятивистского приближения работать при очень низких энергиях (начиная практиДирака–Фока [7]. Более детальную информацию об экс- чески с нуля), обладая при этом высокой степенью периментальных и теоретических методах исследований пропускания (до 95%) [11].

26 Е.Э. Контрош, И.В. Чернышова, О.Б. Шпеник Экспериментальная техника и методика измерений В данной работе мы применили технику пересекающихся под прямым углом электронного и атомного пучков. Эксперименты проводились на установке, которая состоит из следующих основных узлов: вакуумной камеры, в которой размещен гипоциклоидальный электронный спектрометр, малогабаритный источник атомного пучка, кварцевая лампа для прогрева спектрометра; блока питания электронного спектрометра; системы регистрации тока первичных и рассеянных электронов.

Малогабаритный эффузионный источник пучка атомов кадмия изготовлялся из нержавеющей стали. Необходимая температура разогрева источника обеспечивалась бифилярным молибденовым нагревателем. При этом температура разогрева подбиралась такой, чтобы концентрация атомов в пучке была ниже критической величины для появления двойного рассеяния атомов.

Для формирования атомного пучка на выходе источника устанавливалась микроканальная пластина из нержавеющей стали. Такая конструкция атомного источника совместно с механической модуляцией пучка позволяла обеспечить высокую плотность пучка атомов, а также избавиться от фона, возникающего от рассеяния электронов на остаточных газах.

Для получения моноэнергетического пучка электронов и анализа упругорассеянных электронов использовался гипоциклоидальный электронный спектрометр, который схематически показан на рис. 1. Он представляет собой два последовательно расположенных гипоциклоидальных электронных энергоанализатора [11], первый Рис. 1. Схематический разрез гипоциклоидального электрониз которых (электроды K, A1, A2, A3, B1, B2) служит моного спектрометра обратного рассеяния.

нохроматором пучка первичных электронов, а второй (электроды A4, A5, B3, B4) — анализатором упругорассеянных электронов.

Источником поперечного электрического поля в мо- поле 1.6 · 10-2 Tl. Конструкция и принцип работы спекнохроматоре и анализаторе служат цилиндрические кон- трометра детально описаны в [13].

денсаторы B1-B2 и B3-B4 соответственно. Для детек- Основные характеристики электронного спектрометтирования первичного пучка электронов и подавления ра: ток первичного электронного пучка 10-7 A, диафона отраженных электронов используется электрод Aметр пучка 0.5 mm, полная ширина на полувысов сочетании с цилиндром Фарадея Fe. При разработке те максимума энергетического распределения не боспектрометра обратного рассеяния использована одна из лее 0.15 eV. Перед проведением измерений электронный характерных особенностей движения заряженных частиц спектрометр прогревался при температуре T = 500 K в области скрещенных F B полей [12], заключающаяся в вакууме 10-5 Pa на протяжении 30-40 h для обезв том, что отклонение, которое испытывают электроны гаживания поверхности его электронов.

или ионы, происходит в одном и том же направлении, При измерении энергетической зависимости диффевне зависимости от направления их движения вдоль ренциального сечения упругого рассеяния электронов оси спектрометра. Таким образом, в нашем приборе назад на электродах монохроматора и анализатора устаэлектроны, упругорассеянные атомами на угол 180, навливаются определенные оптимальные потенциалы.

двигаются в сторону анализатора, а пройдя его область Они позволяют получить максимальный ток на коллекдрейфа, оказываются смещенными на расстояние, рав- тор Fe. При удовлетворяющей поставленной задаче моное удвоенному дрейфу первичного пучка электронов, ноэнергетичности электронного пучка и измеряется ток и детектируются специальным коллектором рассеян- на коллектор рассеянных электронов Fb при изменении ных электронов Fb, установленным на электроде A4. энергии электронов, задаваемой разностью потенциалов Весь спектрометр помещен в однородное магнитное на электродах K и A6. Более подробно данная методика Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Упругое рассеяние низкоэнергетических электронов атомами кадмия описана в [14]. При измерении энергетической зави- нормированных на величину тока пучка. Как в полном, симости полного сечения ток рассеянных электронов так и в дифференциальном сечениях упругого рассеяния измеряется на стенки камеры столкновений A6. Наличие электронов вблизи нуля наблюдается максимум, более в системе механического прерывателя атомного пучка интенсивный в дифференциальном сечении. В наших позволило измерять ток рассеянных электронов как при экспериментах максимумы достигаются при энергиях наличии атомного пучка в камере столкновений, так E = 0.33 eV ( 0.33 eV) (кривая 1) и E = 0.285 eV и без него. Измерение тока рассеянных электронов ( = 0.29 eV) (кривая 2). Небольшое расхождение в поосуществлялось цифровым электрометрическим пикоам- лученных значениях энергии резонанса можно объперметром.

яснить сильным изменением тока первичного пучка Абсолютная энергетическая шкала калибровалась электронов в области энергий 0-0.6 eV. Наблюдаес точностью ±0.05 eV по положению максимума энер- мые максимумы следует отнести к резонансу формы, гетического распределения электронов.

связанному с невозбужденными уровнями атома Cd.

Как известно [12,15], резонансы формы возникают при рассеянии электронов с ненулевыми угловыми моменРезультаты измерений тами в поле центральных сил. Поэтому указанные особенности, наиболее вероятно, являются p-волновым На рис. 2 показаны энергетические зависимости полрезонансом, обусловленным образованием и распадом ного (кривая 1) и дифференциального (на угол 180) (5s25p)2P1/2-состояния Cd-. На это указывает также (кривая 2) сечений упругого рассеяния электронов в обнаблюдение глубокого минимума в дифференциальном ласти энергий 0-6 eV. Здесь вертикальными линиями сечении упругого рассеяния электронов атомами кадмия показано энергетическое положение наиболее низколена угол 90 [4]. Напомним, что в [3] впервые наблюжащего возбужденного 53P-состояния атома Cd. Как дался p-волновой резонанс в трансмиссионном экспевидно, в наших исследованиях нам удалось опуститься рименте при E = 0.33 eV, а в [4] — при E = 0.25 eV, до очень малых энергий столкновения. Приведенные что хорошо согласуется с нашими данными. Энергена рис. 2 кривые представляют собой энергетические тическое положение наблюдаемой нами особенности зависимости интенсивностей рассеянных электронов, также хорошо согласуется с расчетными значениями E = 0.28 [7] и 0.34 eV [16]. Необходимо отметить, что значение E = 0.78 eV, полученное методом горизонтальной экстраполяции [6], расходится с нашими данными и с данными, указанными другими авторами.

Ниже порога возбуждения первых энергетических уровней атома в дифференциальном сечении нами обнаружены особенности при значениях энергии 2.( 0.27 eV), 3.12 ( 0.21 eV) и 3.5 eV ( 0.19 eV) (см. вставку на рис. 2), в то время как в полном сечении рассеяния они так четко не проявились. Для выявления этих особенностей мы воспользовались полиноминальной интерполяцией медленно меняющегося поведения сечения. Кривые 1, 2 на вставке к рис. 2 отображают поведение выделенной резонансной структуры.

Каждая выделенная особенность фитировалась методом наименьших квадратов с использованием формулы Фано–Купера [15].

Особенности, аналогичные двум последним, ранее наблюдали в [4] при 3.02 и 3.5 eV в дифференциальном сечении упругого рассеяния электронов на угол 90. Возможно, здесь мы наблюдаем либо один широкий d-волновой резонанс, либо два узких резонанса Фешбаха. Предположение о существовании резонанса в d-волне было высказано ранее в [13]. Отметим, что особенность при 3.6eV в [8] связывают с (5s5p2)4P1/2-состоянием отрицательного иона Cd-.

Немногим выше порога возбуждения 53P-состояния нейтрального атома при E 3.98 eV в полном сечении рассеяния мы наблюдаем четкий максимум (кривая 1), Рис. 2. Энергетические зависимости сечений упругого рассеяния электронов атомами Cd. а в дифференциальном — минимум (кривая 2) (на Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 28 Е.Э. Контрош, И.В. Чернышова, О.Б. Шпеник значительная ширина резонанса и его расположение по отношению к родоначальному состоянию.

Атом кадмия имеет электронную конфигурацию (ns2), аналогичную атому ртути, для которого характерно большое спин-орбитальное расщепление, обусловленное наличием более тяжелого ядра атома. У атома ртути в области возбуждения нижнего 63P-уровня наблюдаются пять отдельных резонансов, соответствующих 4 P1/2,3/2,5/2- и D3/2,5/2-термам [17]. Аналогично и у атома кадмия в области энергии 4 eV можно было бы ожидать проявления пяти резонансов, принадлежащих к 5s5p2-электронной конфигурации. В отличие от атома ртути в атоме кадмия различные спин-орбитальные термы вырождаются, что приводит к существенному перекрыванию резонансных особенностей [8], и они не могут быть четко разрешены.

На рис. 3 представлены измеренные нами в области от 3 до 5 eV энергетические зависимости полного и дифференциального сечения обратного рассеяния совместно с данными, взятыми из [8]. Здесь вертикальными отрезками вблизи каждой кривой отмечен 20%-ный интервал интенсивности при значении энергии E = 4.5 eV. Видно, что форма (5s5p2) Cd- резонанса сильно зависит от угла наблюдения из-за интерференции между потенциальным (кулоновским) и резонансным рассеянием. Почти нулевая интенсивность резонансного минимума при рассеянии на угол 54 указывает на то, что распад резонансных состояний отрицательного иона Cd- главным образом происходит автоотрывом d-волнового электрона. Из рис. 3 также видно, что резонансный вклад в сечение рассеяния на угол является значительным (около 20%).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.