成果名称 ---【 基于ECR离子源的高电荷态离子与表面相互作用实验研究 】

基本信息
所属机构
中国科学院近代物理研究所
主题词
原子物理实验平台;高电荷态离子;表面材料
研究起止时间
2001.09 至2003.11
成果公报内容
低速(~keV/u)高电荷态离子在与固体金属表面相互作用过程中,大量的导带电子会转移到入射离子的外壳层空位上形成"空心原子"--多个电子处于高激发态的Rydberg原子,这是任何其它手段难以制备的。另外,低速高电荷态离子能够在飞秒时间尺度和纳米空间尺度范围内在固体表层沉积几十至几百keV的能量,致使表面形成纳米量级的蚀坑。本项目旨在研究高电荷态离子与固体表面相互作用的物理机制。我们课题组于2002年5月完成了原子物理实验平台的建设工作,该平台主要用于高电荷态离子与表面相互作用过程的研究。高电荷态离子由兰州重离子加速器国家重点实验室电子回旋共振离子源(LECR3)提供。离子束流注入原子物理实验平台以后,经过两个四极透镜(也可以用一个Glass透镜替代)和四极光栏的聚焦准直,进入内部具有电磁屏蔽功能的超高真空靶室,经过烘烤,靶室真空可以达到10-10mbar。与表面相互作用的束流束斑直径可控制在10mm范围内,束流强度为enA量级。我们选择的束流主要是高电荷态的Ar离子和Xe离子,样品包括常用金属Ti,Al,贵重金属Au,铁磁性材料Ni,Mn,半导体材料P型Si和发光晶体材料等。平台建设完成后,我们先后测量了相互作用过程中的可见光(200nm-1000nm)和X射线(1keV-60keV),同时还研究了高电荷态Xe离子轰击晶体材料所引起的表面结构的变化的情况。在可见光的实验测量方面,我们发现了表面原子和离子强烈受激的临界电荷态,并结合经典过垒模型理论和表面等离激元理论对其作了定性和定量的分析,理论和实验相当符合;同时我们还发现了一系列的禁戒跃迁光谱,这在国际上也是少有报道的。详细信息请参阅我们在《物理学报》和《Chinese physics》等刊物上发表的文章(见附件)。另外,实验中我们还发现了靶材料受激发射的X射线,以及入射离子激发部分材料X射线的截至动能。有关论文包括入射离子引起晶体材料表面结构变化的论文目前已经投出。在该平台建设前后,西安交通大学,兰州大学和西北师范大学的科技工作者也参与了部分实验和理论工作,我们期待着广大相关科技工作人员继续积极参与,争取在该平台上取得更加丰硕的成果。


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