
PACS: 03.65.Nr, 61.14.-x Введение этого же процесса в борновском приближении получены выражения двойных дифференциальных сечений для Динамическая структура полных и дифференциальных рассеянных или испущенных электронов в виде [1,2]. На сечений Ч следствие интерференции амплитуд двух пу- примере ионизации атома гелия электронами в [4] опретей протекания соответствующих процессов: прямого и делены характеристики АИС и параметры резонансного непрямого. В качестве непрямого пути зачастую высту- профиля по экспериментальным данным.
пает резонансный процесс, проходящий через возбужде- Работы [1,3,4] посвящены, в основном, большим энерние или образование некоего состояния налетающего гиям столкновения, когда необходимо учитывать много электрона и атомной системы-мишени. Например, при парциальных волн. В нашем же случае упругого низфотоионизации и электроионизации атомов возбуждают- коэнергетического рассеяния электронов необходимое ся автоионизационные состояния (АИС), при упругом число волн существенно ограничено, например до пярассеянии или возбуждении атомов электронами образу- ти, поэтому проявление резонанса в какой-либо волне ется состояние отрицательного иона Ч резонанс формы может быть весьма большим.
(резонанс Фано) или Фешбаха.
При упругом рассеянии медленных электронов атоВ обзоре [1] дано подробное описание резонансных мами указанными выше двумя путями протекания проособенностей процессов столкновения частиц и фотонов цесса являются потенциальное и резонансное рассеяние, с квантовыми системами при использовании разных идущее через образование резонанса формы (для волн теоретических схем. В частности, кратко упоминается с l = 0). Это так называемое потенциально-резонансное теория Фано [2], рассматривающая влияние АИС на рассеяние [5]. Амплитуда рассеяния состоит из двух характеристики резонансного рассеяния, и формула для амплитуд Ч потенциальной и резонансной, а сечения сечений, выраженная через параметры резонансного также можно представить в виде [1,4Ц6]. Заметим также, профиля сечений, так называемый индекс профиля ql(E) что при упругом рассеянии электронов положительными и приведенную ширину резонанса l(E) в l-й парци- ионами кроме резонансов формы возможны резонансы альной волне. В [1] детально анализируется проявле- (Фешбаха), обязанные возбуждению АИС, Ч захват ние интерференции амплитуд при рассеянии различных рассеиваемого электрона возбужденной конфигурацией частиц атомными мишенями. При этом формула для иона [2,4,7]. Нами в данной работе упругое взаимодифференциальных сечений выражена в удобном виде действие медленных электронов с атомами изучается через амплитудные функции Al(E, ) и Bl(E, ), которые посредством их рассеяния в неполный интервал угописывают резонансную структуру сечений. В кратком лов [8Ц10], задача рассматривается и формулируется как сообщении [3] такой вид сечений было предложено потенциально-резонансное рассеяние.
использовать для нахождения радиальных матричных Общей экспериментальной и теоретической проблеэлементов, фаз рассеяния и резонансных параметров мой при упругом рассеянии медленных (несколько элекql(E), l(E) из экспериментальных измерений диффе- тронвольт) электронов атомными системами остается ренциальных сечений для некоторых углов и энергий качественное и количественное исследование особенпроцесса ионизации глубоких оболочек атомов (резо- ностей их потенциального взаимодействия с атомами, нансный Оже-эффект) электронами. В работе [4] для молекулами, кластерами и их ионами. Трудности изме26 Е.Ю. Ремета рений на этом пути частично позволяет решить, напри- Потенциально-резонансное описание мер, использование гипоциклоидального электронного рассеяния спектрометра, ГЭС [8Ц10]. Также необходимо адекватное описание различных составляющих потенциального вза- В [6] было предложено потенциально-резонансное имодействия [5,7,11,12], в первую очередь это касается описание чисто упругого рассеяния (без поглощения) для рассмотрения полных и дифференциальных сечеполяризационного потенциала, особенно для атомных ний с целью исследования интерференции между ресистем с большой поляризуемостью. Большое значение зонансным и потенциальным видами. Рассматривалась также имеет хороший учет обменного взаимодействия и также возможность использования экспериментального поглощения.
поведения сечений для определения характеристик резоИсследование упругого рассеяния медленных элекнанса.
тронов атомами металлов, имеющими большую (от При наличии резонанса, с энергией Elr и шириной, l полутора до четырех сотен атомных единиц) величину в l-й парциальной волне, дифференциальное сечение дипольной поляризуемости имеет значительное научное pot представляют [6] в виде потенциального d /d и и практическое значение и остается достаточно важной структурного dl/d, ответственного за резонансное научной задачей. Трудным при таких значениях энерпроявление, слагаемых (деленных на 4/2E) [4]:
гии является измерение не только полных, но и тем pot d d dl более дифференциальных сечений. Например, в [8,9] = +. (1) только с помощью энергетической зависимости сечения d d d интегрального типа S(E) можно было представить и В потенциальной части суммирование ведется только по рассмотреть результаты экспериментального исследовапотенциальным парциальным фазам ния упругого рассеяния медленных, до 2 eV, электронов pot d атомами Ca. Чиcленная теоретическая интерпретация = (2s + 1)(2t + 1) sin s sin t d этого эксперимента впервые дана в [9,13,14], а аналити- s,t ческая, на основе формул, проведена в [10,15Ц17]. Важна cos(s - t)P0(cos )Pt (cos ). (2) s также возможность объяснения различных особенностей Фаза резонансной волны l(E) =l0(E) +lr (E) состоит рассеяния при проведении в дальнейшем более тонких из фонового или, иначе, потенциального, l0(E) и реэкспериментов с медленными электронами, например, зонансного lr (E) фазовых сдвигов [5]. Заметим, что в при исследовании эффектов спиновой поляризации. Для случае нескольких резонансов в данной парциальной более глубокого теоретического анализа используют волне по соответствующим им фазам lr (E) следует составные части функции S(E) Ч резонансную и нерезовести суммирование [5].
нансную (потенциальную), прямую и интерференционСтруктурную часть в (1) получают, используя резоную. Нами, в данной работе, используя экспериментальнансный фазовый сдвиг lr (E)= arctg[( /2)/(Elr- E)] [5].
l ную функцию S(E) также оценивается величина диффеОна имеет вид [6] (см. также [1,3,4]) ренциального сечения рассеяния медленных электронов dl Al(E, )(E - Elr ) +Bl(E, ) /атомами кальция. l l =. (3) d В [8Ц10] рассмотрен принцип работы ГЭС и пред- (E - Elr )2 + /l ставлен теоретический формализм, применяемый для Функции Al(E, ) и Bl(E, ) зависят от энергии столкноанализа энергетической зависимости S(E), получаемой вения E (через фазы рассеяния i(E)), угла рассеяния в экспериментах с таким спектрометром. Этот форма (через полиномы Лежандра P0(cos )) и являются i лизм можно использовать для изучения резонансных антисимметричной и симметричной амплитудами соотособенностей потенциального рассеяния [5] медленных ветственно. Заметим, что в структурной части полного электронов. Для этого функцию S(E) необходимо предсечения (2E/4l(E) типа (3)) амплитуды зависят тольставить в виде потенциального и резонансного слагако от энергии E [6] емых. Такое потенциально-резонансное представление Al(E) =-(2l + 1) sin 2l0, этой функции дополняет ее описание в [10], где испольBl(E) =(2l + 1) cos 2l0. (4) зованы прямые и интерференционные, резонансные и Переходя к использованию энергетической зависимонерезонансные слагаемые.
сти сечения интегрального типа S(E) для потенциальноЗаметим, что в [10] был также проведен общий анализ резонансного описания упругого рассеяния [19], напопроявления на S(E) одного резонанса формы. Весьма мним, что эта функция связана с дифференциальным важным в дальнейшем, особенно в прикладном аспекте, сечением рассеяния d/d [9,10,13,14] является аналогичный анализ упомянутого выше про2(E) цесса упругого рассеяния электронов на положительных d ионах, когда возникает большое количество резонанS(E) =2 sin d, d сов Фешбаха, обязанных автоионизационным состоя1(E) ниям атома мишени [7,12,18]. Именно энергетическая зависимость дифференциальных сечений этого процесса a1,1,2(E) =arcsin. (5) достаточно ярко представляет такие резонансы [7].
E Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Потенциально-резонансные характеристики процесса упругого рассеяния медленных электронов... Ток электронов, упруго рассеянных в интервал уг- сечений ее вводят через амплитуды Al(E, ) и Bl(E, ) лов [1(E), 2(E)], при работе ГЭС в режиме энерге- -ql(E, ) =Al Bl + B2 + Al ), l тической зависимости, пропорционален функции S(E) [8Ц10,13,14].
- l ql(E) = l Bl + B2 + l, (12) Аналогично выражению (1) имеем для S(E) S(E) =Spot(E) +Sr(E), (6) l получаем для S(E) (и Sr (E), см. (6)) l где, см. (2) и (3), (ql + l)S(E) =Spot(E) +Spot(E) - 1. (13) l 1 + l Spot(E) = (2s + 1)(2t + 1) sin s sin t s,t Величина Spot(E) Ч потенциальная часть энергетичеl ской зависимости (7) только для одной, l-й резонансной cos(s - t)Q00(E), (7) st парциальной волны l(E)(E - Elr) + Bl(E) /l l Sr (E) =. (8) 2l + l 2 (E - Elr)2 + /4 Spot(E) = sin2 l0Q00(E) l l ll Из (8) видно, что при E = Elr резонансная часть Sr = l 2l + = Bl(Elr ). Функции l(E) и Bl(E) в (8) связаны с + 2t + 1 sin l0 sin t cos l0 - t Q00(E).
lt амплитудами Al(E, ), Bl(E, ) из (3) t=l (14) Между величинами l(E), Bl(E), ql и Spot(E) имеется l l(E) = d sin Al(E, ) следующее соотношение l(E) =2qlSpot(E), Bl(E) =(q2 - 1)Spot(E). (15) l l l 2l + = - 2l + 1 sin 2l0Q00(E) ll 4 В [6] было показано (используя формулы (3) и (4), но для полных сечений), что, если l0(E) =0, то ре+ 2 2s + 1 sin s cos(2l0 - s)Q00(E), (9) sl зонанс в полном сечении будет проявляться в виде s=l симметричного максимума; если же l0(E) =/2, то будет наблюдаться симметричный минимум. Для дифференциальных сечений при любых значениях фазы Bl(E) = d sin Bl(E, ) l0(E) резонанс будет проявляться в виде минимума и максимума одновременно, поскольку при l0(E) =0, /2, так называемый прямой член в амплитуде Al(E, ) 2l + равен нулю, однако интерференционный не равен нулю.
= 2l + 1 cos 2l0Q00(E) ll Аналогичная ситуация и для используемых нами энер гетических зависимостей S(E): резонанс также должен - 2 2s + 1 sin s sin(2l0 - s)Q00(E). (10) sl проявляться в виде двух экстремумов Ч минимума и s=l максимума, благодаря слагаемому Sr (E) (8) в (6).
l Функции Q00(E), используемые в (7)Ц(10), являются инИсходя из (13) и считая, что Spot(E) и Spot(E) слабо kt l тегралами по интервалу углов [1(E), 2(E)] от полинозависят от энергии в области резонанса, получаем для мов Лежандра [10]. Для полного интервала [0, ], когда энергий максимума E1 и минимума E2 выражения функции Q00 = 1 для k = t и Q00 = 0 для k = t [10], фор kt kt мулы (5)Ц(10) совпадают с соответствующими известны- E1,2 = Elr ми выражениями для полных сечений [6]. При рассеянии на угол интегрирование по нему не проводится, l l l - q2-1-q l 2 q2-1-q l 2 +4q2 1-q l l l l l и выражения (5)Ц(10) определяют дифференциальные +, l 2 1 - q l 2 ql характеристики (1)Ц(3) процесса [6].
(16) Альтернативным аналитическим видом для S(E) где q l = dql/dE. Отсюда следует, что (и соответственно Sr(E), см. (6)) будет их выражение l через приведенную ширину l(E) =- ctg lr(E) 1 + q l /l l (E1 - Elr)(E2 - Elr ) =-. (17) l(E)l + Bl(E) 4 1 - q l /l S(E) =Spot(E) +. (11) 1 + l Из (17) видно, что резонанс расположен между миЕсли функция l(E) не равна нулю, тогда, введя функ- нимумом и максимумом энергетической зависимости.
цию, подобную индексу профиля линии для полных се- Более того, можно сделать следующий вывод: так как чений ql(E) =- ctg l0(E) [6,10] (для дифференциальных функция ql(E) связана с амплитудами l(E) и Bl(E), Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 28 Е.Ю. Ремета согласно (12) или (15), которые, в свою очередь связаны (без учета эффектов поглощения), выбор приближений и с функциями Q00(E) [10] и через них с углами 1,2(E) обсуждение модельного оптического потенциала, необi j (а значит, и с константами a1,2 в (5), характеризующими ходимые для нахождения дифференциальных сечений, экспериментальную установку), то именно положение представлены в [9,13,14]. Проведенные в [9,10,13,14] с и проявление этих экстремумов Ч а не положение помощью более двухсот волн расчеты показали, что резонанса или резонансов рассеяния Ч определяются особенности, в виде минимума и максимума, измеренэкспериментальными условиями. ной функции Se(E) определяются D-резонансом формы r Считая, что q l 0, т. е. индекс профиля линии ql (12) (парциальная волна l = 2) с энергией E2 = 0.87 eV и не зависит от энергии (является почти постоянной шириной = 0.98 eV. Минимум функции S(E), при величиной) в области резонанса, получаем для приве- энергии 0.8 eV, обязан подавлению вклада d-волны Ч денных ширин при энергиях минимума, средней и мак- при этой энергии в интервале [1, 2] содержится угол симума: l(E2) =-ql, l (E1 + E2)/2 =(1 - q2)/2ql, 54.7, для которого P0(cos ) =0. Таким образом, налиl чие заметного минимума Se(E) и нуля соответствующеl(E1) =1/ql соответственно. Используя эти значения го полинома позволяет судить о возможном резонансе в в квадратной скобке (13) (которая равна -1, 0 и ql данной парциальной волне.
соответственно указанным энергиям) получаем Ниже мы используем теоретические значения St(E), полученные с использованием первых пяти (l = 0-4) l S1(E1) S1 = Spot + q2Spot, l 2Eфаз рассеяния из [9,13,14].
Pages: | 1 | 2 | 3 |