低能Na+离子掠射Al(111)、Cu(110)表面电荷转移研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yulei000111
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电荷转移是运动离子靠近固体表面时发生的一种常见物理过程,对于该过程的研究在等离子体物理、表面催化、化学分析、材料表征、热核聚变等领域均有着重要应用。早期对电荷转移过程的研究主要集中于低功函金属表面,可以用基于自由电子气模型的共振电荷转移理论来描述,并被人们广泛认可。近年来,研究人员发现该理论并不能解释所有的实验现象,尤其小角度掠射情况下,在Na-Al体系的表面电荷转移实验中发现了与理论预测完全相反的中性化份额曲线,钠离子激发态对电荷转移过程产生了显著的影响,因而,仍需要进行大量的研究来检验该模型的普适性和探索新的物理机制。本工作选择Al(111)和Cu(110)两种金属表面,采用不同的入射能量,测量了低能Na+在表面散射后Na+中性化份额的角度依赖曲线,分析了影响中性化过程的因素,能够进一步加深对近对称碰撞体系中电荷转移过程的理解。结果表明,在Al(111)表面,当入射能量为0.8 ke V时,Na+中性化份额与之前5 ke V的角度依赖相似,整体为先增加后减小的钟罩型曲线;当入射能量为0.4 ke V时,中性化份额很高,且随出射角增加几乎保持不变。在Cu(110)表面,随着出射角的增加,Na+中性化份额先减小后增加,与高功函金属表面大角度散射的实验结果相似。当入射能量从0.4 ke V增加到3 ke V时,中性化份额单调降低,从3 ke V增加到5 ke V时,中性化份额略有增加。Cu(110)表面与高功函金属表面的实验结果相似,需考虑Na 3s能级下移和平行速度效应的影响。出射速度较低时,中性化份额主要来自于远距离处的中性化机制;当出射速度较高时,近表面处的中性化机制对总的中性化份额有所贡献,因此中性化份额反而略有增加。同时,该物理图像也可以解释中性化份额的角度变化。随着出射角增加,垂直出射速度增加,降低了与表面的相互作用时间,近距离中性化机理使电子的损失概率减小,中性化份额增加。镜像电荷效应延长了小出射角下的作用时间,此时远距离中性化机制起主要作用。低功函Al(111)表面,电子俘获占主导,随着入射离子速度增加,作用时间变短,因此中性化份额减少。大出射角时,垂直出射速度越大,则冻结距离Rs越小,作用时间变短,电子俘获比重随之减少,导致中性化份额单调下降。小出射角下的中性化行为不能用基于自由电子气近似的电荷转移模型解释,这主要是由于Na-Al近域碰撞过程中,电子提升机制形成了钠原子的单激发态,激发态远离表面的过程中,发生俄歇退激产生了额外的Na+离子。在Cu(110)表面,由于Na-Cu联合原子序数较大,接近距离较大,不能发生电子提升过程。本工作进一步说明,对于近对称碰撞体系,非镜面散射过程会引入非弹性碰撞效应,其产生的激发态在电荷转移中扮演着重要的角色。
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