氦原子电子激发跃迁的绝对广义振子强度测量

氦原子电子激发跃迁的绝对广义振子强度测量 () 第31卷 第3期 河南师范大学学报 自然科学版. 31 . 3 V olN o 2003年8月 () . 2003 J ou rna l of H enan N orm a l U n iv ers ity N a tu ra l S cienceA u g () 文章编号: 1000- 2367 200303- 0039- 03 Ξ 氦原子电子激发跃迁的绝对广义振子强度测量 1 2 3 樊晓伟, 刘伟, 卢杉 (1. 河南师范大学 物理与信息学院, 河南 新乡 453002; )2. 安阳大学 基础部, 河南 安阳 455000; 3. 焦作大学 机电系, 河南 焦作 454002 摘 要: 在2. 5 k eV 碰撞能量下, 采用改进后的高能量角分辨的电子能量损失谱仪, 我们测量了作为能量损 () 失 和动量转移 函数的氦原子1 1 ?1 2, 11?1 2电子激发跃迁的绝对广义振子强度 , 实验数 E K sssssssp GO S sGO S 据同 及 的基于第一玻恩近似的理论计算符合得非常好.K im Inok u t i 关键词: 氦原子; 电子能量损失谱; 绝对广义阵子强度 中图分类号: O 562. 4 文献标识码: A () 原子分子内壳层和价壳层激发跃迁的绝对截面或广义振子强度 数据在许多领域如辐射物理, 等 GO S 高能快电子碰 离子体物理, 大气科学, 天体物理和激光器的研制中起着非常重要的作用. 根据 B eth e 理论, 撞截面可以分解为电子碰撞前后动力学散射因子和靶的电子碰撞激发的跃迁几率或 GO S. 作为动量转移函 数的 测量可以提供独特的电子跃迁和电子散射过程信息, 对一特定的跃迁的 轮廓可以提供动量GO S GO S 1 2 L a s空间始未态波函数重叠积分的详细作图, 始未态波函数质量的评估, 以及开发新的量子计算方法等. 角分辨的电子能 set t re 及其合作者首创了采用角分辨的电子能量损失谱仪用于精确的偶极振子强度测量. () 量损失谱方法 优于光吸收谱方法之处在于前者可在很宽的能量范围内获得精确的绝对截面数据而 E EL S 2 无需进行绝对的实验测量. 在过去的几年内, 我们实验室已采用角分辨的 E EL S 方法研究了氟氯碳化合物和氟氯碳氢化合物等多 3- 5 原子分子价壳层和内壳层的电子结构. 最近,我们已将此项研究工作扩展到了 H e 和 A r 原子自电离共 6 振的研究中. 1 理论背景 一个典型的非弹性电子散射过程中, ()来自入射电子的能量和动量转移会导致靶原子分子自电基态 M 3 向激发态 () 跃迁. M - - 3 () () ()eE , K + M ? eE - E , k +1 0 0 0 M ()() ()同散射这里 或 - 和 或 分别是入射电子 或散射电子的动能和动量. E 0 E 0 K 0K 动量转移 K E 1, 2: 角 相对应. 在里德堡原子单位下的 公式可写为 - ΗB eth eBo rn 2 2 ()k K df K , E 0 E dΡ ()2 = dE k 4 d8 dE 式中 , 是能量损失, 和 分别是入射电子和散射电子的动量, 是动量转移. 由是探测立体角d8 E K 0 K K 于 谱是在相对归一化的方式下收集到的, 对应某一动量转移下经过 变换后的 谱- E EL S B eth eBo rn E EL S Ξ 2003- 05- 08 收稿日期: ()河南省高校杰出科研人才创新工程项目 2003005KYCX 基金项目: () 樊晓伟 1966, , 男, 河南南阳人, 博士, 河南师范大学教授, 主要从事原子与分子物理研究. 作者简介: 1, 2 采用 求和规则进行绝对定标. B eth e ()df K , E ()3 dE = N ? dE 是靶中的总电子数. N 2 实验安排 2 角分辨的电子能量损失谱技术的理论背景和实验技术已在其他地方作了详细的陈述. 简单地说, 一准 直的电子束被加速到2. 5 k eV 碰撞能量并交叉通过一位于反应中心之上1cm 的直径为0. 5mm 的气体喷嘴, 在 散射角相应能量损失 下的散射电子采用配有七圆筒减速透镜的半球能量分析器进行能量分析. 为了 ΗE 减少电子束流的角度偏离, 我们在入射电子和靶气体碰撞前加一准直器和直径为1的限流膜孔, 相互作mm 用区由交叉束改为气态靶室以保证在碰撞区域有高且均匀的气体密度, 且可进一步减少杂散电场的影响. 为 () 了提高谱仪的信噪比及整体探测效率, 采用高增益的通道电子僧增器 505收集电子. 本次实验谱仪 KBL 的能量分辨率为0. 7 , 角分辨为0. 2. ? 氦气体纯度为99. 99% , 由公司提供. 另外, 记录同样的 eV M a th eson 压力和能量损失及角度范围下的本底电子能量损失谱, 从样品气体的电子能量损失谱中减去此本底谱就可 得到纯的样品电子能量损失谱, 在特定的动量转移下, 在 B eth e 求和规则的归一化方法中, 将相对 GO S 强 () E = ƒ 度从零能量损失积分到160 eV 能损, 而从160 eV 到无限远能损处的剩余强度通过对拟合函数 B A Χ 积分得到, 其中经验常数和 可由曲线拟合到70, 160 的实验数据而得到. 这两部分积分强度之和 E A ΧeV 6 归一到 原子中的总电子数2.H e 3 氦原子电子激发跃迁的绝对广义振子强度 2 2 为了研究 原子1?12和1?12跃迁的广义振子强度与动量转移 的依赖关系, 实验中在H e sss sssp K 1. 5,? 9. 5散射角范围每间?隔0. 5?收集连续扫描得到的 原子的电子能量损失谱, 这些 谱相对归一H e E EL S 的两个高斯峰去拟合相应能区的 化后利用1. 5的绝对? E EL S 能谱进行定标. 20. 6 eV 和21. 2 eV 用分别位于 谱, 实验线宽取为0. 7 , 由不同 E EL S eV 散射角下相应高斯峰下的面积可以得到 相应跃迁的振子强度. 图1分别给出了 H e 原 子 11? 12, 11? 12及 11?ss ssss sp ss () 12+ 12电子激发跃迁的绝对广义振 sssp 子强度以及两者之和的轮廓图. 图中的小 圆点和小方块代表本文实验测量值, 点画 线和实线代表 及 的理论计 K im Inok u t i 算结果. 很明显, 11?12电子激发跃迁ssss 强度非常弱, 相应的 GO S 轮廓在非零动 量转移存在一极值表明其非偶极跃迁特 性, 而11?12电子激发跃迁强度很 ss sp 强, 轮廓在 处具有最高值表明= 0GO S k 其相应的跃迁为偶极允许跃迁, 将 GO S 图1 H e 原子1 s1 s?1 s2 s, 1 s1 s?1 s2p 电子激发跃迁的绝对广义振子强度 轮 廓 外 推 到 零 动 量 转 移 得 到 1s1s ? 1s2p () 电子激发跃迁的光学阵子强度 值为0. 27, 由图中可见, 我们的实验测量同 及 的理论计 OO SK im Inok u t i 7 表明了高能角分辨的电子能量 子强度数据同基于第一玻恩近似的 K im 及 Inok u t i 理论计算符合得非常好, 损失谱技术可用于绝对广义阵子强度的精确测量. 参 考 文 献 1 B r ion C E. A b so lu te O scilla to r S t reng th s fo r P ho toab so rp t ion and P ho to ion iza t ion P roce sse s by F a st E lect ron Im p act [J . , 1985, 16: 249, 270.Comm en t s on A tom ic and M o lecu la r P h y sics 2 , . - F an X W L eung K TA b so lu te gene ra lized o scilla to r st reng th m ea su rem en t of p re ion iza t ionedge e lect ron ic excita t ion s () 2[. , 2000, 62 6: 062703, 9.in th e va lence and p sh e lls of A rgon J P h y s R ev A , . - : 3 F an X W L eung K TN on d ipo le e lect ron im p act sp ect ro scop y of a comm on loca l ane sth e t icgene ra lized o scilla to r , 21 - [. ,st reng th s of va lenceC l p and C s p reedge t ran sit ion s of ch lo roe th ane J J E lect ron Sp ect ro sc R e la t P h enom en () 2002, 123 2: 287, 302. , . - - 2- 4 F an X W L eung K TA ng lere so lved e lect ron ene rgy lo ss sp ect ro scop y of va lencesh e ll and S i p p reedge excita t ion s () 6: 2603 : [. ,2001, 115 of S iF 4B e th e su rface and ab so lu te gene ra lized o scilla to r st reng th m ea su rem en t J J C h em P h y s , 2613. 5 , . 2[. F an X W L eung K TA b so lu te gene ra lized o scilla to r st reng th p rof ile s of S i p sh ap e re sonance s in S iF 4 J C h em P h y s () L e t t, 2001, 341 5- 6: 638, 644. 2 11() () 6 , . - 1 ? 2 2 F an X W L eung K TM om en tum t ran sfe r dep endence of F ano p a ram e te r s fo r th e sSsp P doub ly excited () [. , 2001, 34 5: 811, 818.t ran sit ion in H e lium J J P h y s B () 7 , . 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