【摘 要】
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高电荷态离子与固体表面相互作用中可见光发射是高电荷态离子与物质相互作用过程中的重要物理问题。基于中国科学院近代物理研究所320 kV高电荷态离子综合研究平台,我们搭建了高电荷态离子与固体表面相互作用中发射可见光的测量系统。在超高真空(5.5×10-9 mbar)条件下,测量0.38 VBohr(VBohr为玻尔速度)Xe q+（4≤q≤23）离子与高纯金属Ni、半导体GaAs、绝缘体MgOAl2O
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【基金项目】
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国家自然科学基金联合重点基金（批准号:U1732269）；
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高电荷态离子与固体表面相互作用中可见光发射是高电荷态离子与物质相互作用过程中的重要物理问题。基于中国科学院近代物理研究所320 kV高电荷态离子综合研究平台,我们搭建了高电荷态离子与固体表面相互作用中发射可见光的测量系统。在超高真空(5.5×10-9 mbar)条件下,测量0.38 VBohr(VBohr为玻尔速度)Xe q+（4≤q≤23）离子与高纯金属Ni、半导体GaAs、绝缘体MgOAl2O3表面作用中发射的250-550 nm光谱,研究了在可见光发射过程中离子势能的作用。该研究对于深入认识高电荷态离子与物质相互作用机制和表面元素分析具有重要的科学意义和应用价值。Xe q+（4≤q≤20）离子与Ni表面相互作用发射的光谱涉及Ni I和Ni II谱线。溅射Ni原子发射的光子产额在q≤15时随入射离子电荷态增加而缓慢增加,在q≥15时随入射离子电荷态增加急剧增加;不同激发态Ni原子发射的谱线强度比值不因入射离子势能增加而变化。利用蒙特卡洛的方法模拟溅射过程,计算了Xe q+离子与Ni表面作用中溅射Ni原子发射的光子产额,计算结果与实验结果随入射离子势能变化的趋势基本一致。这一结果表明:Xe q+离子与Ni表面作用中,溅射原子的激发几率随入射离子的势能增加而增加,导致溅射原子发射的光子产额随入射离子的势能增加而增加。Xe q+（6≤q≤23）离子与GaAs表面相互作用发射的光谱涉及Ga I和Ga II谱线。不同激发态Ga原子发射的光子产额随入射离子势能的增加指数式增加;不同激发态Ga+离子发射的光子产额随入射离子势能增加而增加的趋势不同:激发态Ga+4s5d离子发射的光子产额缓慢增加,而激发态Ga+4s4f离子发射的光子产额急剧增加。Xe q+（6≤q≤20）离子与MgOAl2O3表面相互作用发射的光谱涉及Al I,Mg I和Mg II谱线。Al原子、Mg原子和Mg+离子发射的光子产额不因入射离子势能的增加而变化;不同激发态Mg原子和Mg+离子发射的谱线强度比值不因入射离子势能的增加而变化,然而较高激发态Al 3s23d原子与激发态Al 3s24s原子发射的谱线强度比值随入射离子势能的增加而增加。由于金属、半导体、绝缘体中自由电子密度、电子迁移率的差异,以及溅射原子的激发方式不同,使得势能在高电荷态离子与金属Ni、半导体GaAs、绝缘体MgOAl2O3表面作用发射可见光过程中的作用不同:入射离子的势能导致从金属Ni、半导体GaAs表面溅射的激发态Ni原子、Ga原子数增加,而不改变从绝缘体MgOAl2O3表面溅射的激发态Al原子、Mg原子数;入射离子的势能不改变通过电子转移激发方式形成的激发态Ni原子、Ga原子的电子布居,也不改变通过价带断裂激发方式形成的激发态Mg原子的电子布居,而改变通过碰撞激发方式形成的激发态Al原子的电子布居。
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