載能離子在固體表面掠角散射及電子發(fā)射的理論研究.pdf

1、本文根據(jù)介電響應(yīng)理論以及鏡反射模型,建立了離子在固體表面掠角散射的理論模型,并首先對氫離子與固體表面的相互作用過程進(jìn)行了研究.在低速及高速近似下,分別采用局域場修正(local-field corrections,LFC)介電函數(shù)及僅與頻率有關(guān)的局域介電函數(shù),數(shù)值計算得到了氫離子在固體表面掠角散射軌跡及能量損失.將計算結(jié)果與相關(guān)的實驗結(jié)果作了比較,發(fā)現(xiàn)入射速度很低時,離子的能量損失隨入射角度的變化略有下降,而當(dāng)速度很高時能量損失隨入射角

2、度的變大而有緩慢增加.基于氫離子的研究結(jié)果,本文進(jìn)一步研究了重離子與固體表面的相互作用過程.為了考慮重離子核外電荷態(tài)分布,首次提出了面電荷分布的概念,對Brandt-Kitagawa的有效電荷理論模型進(jìn)行了修正,保證了離子在固體表面產(chǎn)生電勢的連續(xù)性.考慮到低速和高速離子在表面的電荷交換過程不同,基于具體的實驗結(jié)果和與速度有關(guān)的電子剝離模型,提出了雙指數(shù)模型和線性插值模型分別表示低速和高速離子的電離度演化過程,并分別采用了LFC和等離子極

3、點近似(plasmon-pole approximation,PLA)介電函數(shù),得到了與位置有關(guān)的表面自能和阻止本領(lǐng)的解析表示式,對重離子在固體表面的掠角散射軌跡和能量損失進(jìn)行了計算,并和相應(yīng)的實驗結(jié)果進(jìn)行了比較.計算結(jié)果表明:低速重離子的能量損失隨初始電荷態(tài)的升高而緩慢上升,卻隨入射角度的增加而緩慢下降,離子的電荷態(tài)和入射角度對離子的掠角散射軌跡和能量損失都有影響.另一方面,對于高速離子,由于入射角變大而使它進(jìn)入到表面電子氣較深,比低

4、速離子更接近于表面第一層原子核,內(nèi)殼層電子激發(fā)對阻止本領(lǐng)產(chǎn)生貢獻(xiàn),導(dǎo)致入射角度接近臨界角度時,能量損失有緩慢增加.特別是,LFC介電函數(shù)考慮了固體表面電子氣的關(guān)聯(lián)交換相互作用,突破了隨機(jī)相位近似(random phase approximation,RPA)介電響應(yīng)理論的極限,對低速離子在固體表面電子氣中的擾動進(jìn)行了很好的描述.利用重離子在表面掠角散射時產(chǎn)生的動力學(xué)勢,并采用量子力學(xué)的一階含時微擾理論,首次建立了研究重離子掠角散射過程中

5、表面電子發(fā)射的理論模型,其中固體中的電子狀態(tài)由有限方勢壘下的薛定諤方程獲得.計算結(jié)果表明,表面等離子激發(fā)和衰變是高速離子掠角散射所引發(fā)的電子激發(fā)和發(fā)射的主要原因.而對低速離子,單電子激發(fā)是電子發(fā)射的主要機(jī)制.本文所給出的動力學(xué)電子發(fā)射的理論模型中,確實存在一個動力學(xué)閾值,當(dāng)離子速度小于臨界速度時,等離子激發(fā)不會發(fā)生.最后,本文首次建立了重分子離子在固體表面掠角散射的物理模型,給出了分子離子中單個離子之間的動力學(xué)相互作用勢、相互作用力和屏