Электронные столкновения и фотоионизация с участием лазерно-возбужденных атомов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ
|
Грум-Гржимайло, Алексей Николаевич
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1997
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.04
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. М.В.ЛОМОНОСОВА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
им. Д.В.СКОБЕЛЬЦЫНА
ГО СА
На правах рукописи
л к нлл - ~ *
' ' УДК 549.1«
ГГУМ-ГРЖИМАЙЛО Алексей Николаевич
ЭЛЕКТРОННЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ И ФОТОИОНИЗАЦИЯ С УЧАСТИЕМ ЛАЗЕРНО-ВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ
01.04.04 - физическая электроника
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Москва • 1997
Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики им. Д.В.Скобельцына Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова
Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессор
Пресняков Леонид Петрович (ФИАН, Москва)
доктор физ.-мат. наук, профессор Зеленская Наталья Семеновна (НИИЯФ МГУ, Москва)
доктор физ.-мат. наук Пальчиков Виталий Генадьевич (ВНИИФТРИ, Московская обл.)
Ведущая организация - Научно-исследовательский институт физики Санкт-Петербургского государственного университета
Защита состоится " 1997 г. в 15 час. на засе-
дании диссертационного совета Д 053.05.42 в МГУ по адресу: 119899 Москва, Воробьевы горы, НИИЯФ МГУ, 19 корпус, ауд. 2-15.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.
Автореферат разослан "
Ни» н^Зр? 1997 г.
Х.И.Страхова
(
Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук, профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Исследования фотоионизации возбужденных атомов и электронных столкновений с возбужденными атомами имеют большое фундаментальное и прикладное значение [1]. Как экспериментально, так и теоретически, эги элементарные процессы изучены намного хуже, чем реакции с атомами в основных состояниях. До недавнего времени опыты по электронным столкновениям с возбужденными атомами ограничивались метасгабильными состояниями мишени, а фотоионнзация возбужденных атомов исследовалась методами лазерной ионизации или путем измерений рекомбинационного континуума, в обоих случаях ограничиваясь интервалом в несколько электронвольт над порогом. Имевшиеся расчеты, как правило, связывались с конкретными приложениями и относились к полным сечениям в припорогояой области. Развитие теории тормозилось ограниченным набором экспериментальных лапных, которые не давали возможности сопоставить результаты расчетов с опытом и всесторонне исследовать механизмы взаимодействия электронов и фотонов с возбужденными атомами.
Создание высокой концентрации возбужденных атомов в объеме реакции путем оптической накачки, ставшее реальностью после внедрения в практику измерений лазеров непрерывного действия на красителях, инициировало в середине 70-х - начале 80-х годов эксперименты по взаимодействию коллимированных пучков лазерно-возбужден-ных атомов с заряженными частицами и фотонами широкого спектралыкн о диапазона от синхротронных источников [2). Такие эксперименты имеют ряд существенных особенностей по сравнению с исследованиями атомов в основном состоянии. Поскольку четности лазерно-возбужденного и основного состояний отличаются, то вклад каналов реакций перераспределяется кардинальным образом при переходе 01 процессов с атомами в основном состоянии к процессам с лазерно-возбужденными атомами. Высокая монохроматичность лазерного излучения позволяет заселять подуровни тонкой и сверхтонкой структуры, а его поляризация - приготавливать атом в состояниях с неравномерным заселением магнитных подуровней. Контролируемая поляризация углового момента изначально присуща лазерно-возбужденной мишени и поэтому ее необходимо учитывать в теоретическом описании, а при случае и использовать. С применением лазерной накачки открываются новые возможности в изучении переходов как между уровнями тонкой структуры, так и различными магнитными подуровнями. Названные особенности делают фотоионизацию и электронные столкновения с участием лазерно возбужденных атомов инструментом для получения уникальной информации о структуре атома и динамике элементарных процессов.
Про! ресс исследований с лазерно-возбужденными атомами тесно свя зан с ос воени ем новых источников синхротронного излучения, применением техники поляризованных пучков, расширением парка лазеров, используемых при накачке, совершенствованием детектирующих систем, включая регистрацию продуктов реакций на совпаде-
ния. Эти и другие достижения экспериментальной техники последних лет значительно расширили возможности измерений и круг изучаемых явлений, требуя адекватного развития теории.
ГЛАВНАЯ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: развитие теории электронных столкновений и фотоионизации с участием лазерно-возбужденных атомов в связи с прогрессом современных пучковых экспериментов, анализ возможностей и обоснование новых типов экспериментов, теоретическая интерпретация их результатов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе впервые:
- Развита теория угловых корреляций при фотоионизации лазерно-возбужденных атомов, включая область автоионизационных резонансов. Предложены эксперименты по исследованию угловых распределений фотоэлектронов на пересекающихся пучках лазерного и синхротронного излучений. Показана информативность таких измерений и их чувствительность к динамике фотоионизации возбужденных атомов. Теоретически обоснована программа соответствующих измерений на синхротронном источнике BESSY.
- Выявлены основные закономерности резонансной фотоионизации лазерно-возбужденных атомов кальция в области вакуумного ультрафиолета, дана идентификация полного углового момента четных частично-дырочных автоионизационных резонансов, найдены обобщенные коэффициенты угловой анизотропии фотоэлектронов - наиболее детальные характеристики фогоионизации, доступные изучению на имеющейся аппаратуре.
- Предложены безмодельные соотношения между величинами, наблюдаемыми в экспериментах разных типов по сверхупругому рассеянию электронов на лазерно-возбужденных атомах. На их основе показана согласованность результатов независимых измерений разных групп.
- Метод искаженных волн с оптическим потенциалом применен для сверхупругого рассеяния на лазерно-возбужденных поляризованных атомах и обобщен на описа ние резонансной ионизации атомов электронным ударом. Предсказаны функции угловой корреляции (е,2е) и угловые распределения эжектируемых электронов при распаде частично-дырочных автоионизационных состояний, возбуждаемых электронами промежуточных энергий.
- Построена теория ионизации лазерно-возбужденных атомов электронным ударом, которая применена к резонансной однократной и двойной ионизации через возбуждение автоионизационных и оже-состояний. Теория угловых распределений электронной эмиссии под действием пучка электронов обобщена на случай поляризованных мишеней.
- Предложены эксперименты по возбуждению электронным ударом автоионизационных состояний из атомов, возбужденных лазерной накачкой, и объяснены результаты первых таких экспериментов.
- Объяснено и теоретически изучено новое явление, обнаруженное в измерениях оже-спектров лазерно-возбуждснных атомов: зависимость относительных вероятностей оже-распада вакансии на компоненты тонкой структуры от состояния атома перед образованием этой вакансии.
- Развита теория поляризации оже-электронов при ионизации лазерно-возбужденных поляризованных атомов. Предложен метод изучения спиновой поляризации оже-электронов, основанный на механизме двойной передачи поляризации от лазерно-воз-бужденного ориентированного атома к оже-состоянию, а через него - к оже- электрону. Предсказаны большие значения поляризации оже электрона и ее чувствительность к динамике оже-распада.
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Для выводя об щих аналитических выражений применялся апробированный аппарат спиновой матрицы плотности и статистических тензоров, а правильность результатов проверялась, где это возможно, предельными переходами к известным частным случаям. В численных расчетах амплитуд и наблюдаемых использовались тщательно протестированные комплексы программ, с помощью которых были воспроизведены опубликованные результаты других авторов. В расчетах атомной структуры применялись программы, широко используемые в мировой практике [3]. Ряд полученных результатов подтвержден экспериментально: безмодельные соотношения между наблюдаемыми величинами н экспериментах по фотоионизацин и сверхупругому рассеянию электронов с участием лазерно-возбужденных атомов; функции угловой корреляции (е,2е) и угловые распределения эжектируемых электронов при распаде автоионизационных состояний; сечения возбуждения и угловые распределения электронов при резонансной ионизации лазерно-возбужденных атомов.
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные результаты позволяют проводить исследования широкого класса явлений, связанных с фотоиони зацией и электронными столкновениями с участием поляризованных мишеней как в возбужденных, так и в основном состоянии. Представленные в диссертации результаты неоднократно применялись рядом исследовательских групп.
Теория ионизации на пересекающихся пучках лазерного и синхротронного излучений может быть использована в изучении возможностей соответствующего экспериментального оборудования, при разработке рациональных программ измерений и анализе их результатов. Все три элемента были практически реализованы автором в связи с циклом измерений 1993-95 гг. на синхротронном источнике BESSY и продолжают использоваться группами Берлинского технического и Гамбургского университетов в проводимых экспериментах [4].
Предложенные в диссертации эксперименты по резонансной ионшации лазерно-возбужденных атомов электронным ударом реализованы во Фрайбургском университете в 1993 г. Результаты измерений, включая новый эффект зависимости относн-
тельных скоростей оже-распада на компоненты тонкой структуры от состояния атома перед образованием вакансии, объяснены на основе развитой в диссертации теории.
Расчеты угловых распределений эжектируемых электронов при резонансной ионизации электронами промежуточных энергий, проведенные методом искаженных волн, инициировали программу совместных экспериментальных и теоретических исследований (университет Фрайбурга - НИИЯФ МГУ) автоионизационных состояний атомов щелочных металлов, начатую в 1996 г. [5].
Предложенный метод создания спиновой поляризации оже-электронов, основанный на образовании вакансии в лазерно-возбужденном поляризованном атоме, может стать альтернативой существующему способу, который требует труднодоступных пока источников интенсивного циркулярно поляризованного излучения рентгеновского и ВУФ диапазона. Метод может работать для основных состояний атомов с ненулевым угловым моментом и широкого класса оже-переходов [6]. Соответствующие эксперименты находятся в стадии подготовки.
Предложенные безмодельные соотношения между величинами, измеряемыми в сверхупругом рассеянии на лазерно-возбужденных атомах, могут быть использованы для контроля согласованности экспериментов разных типов. Примеры такого применения приведены в диссертации.
Созданное программное обеспечение может быть использовано для расчетов неупругих электрон-атомных и электрон-ионных столкновений. Оно уже применялось в ряде работ, например, в систематических расчетах возбуждения состояний тонкой структуры атомов инертных газов [7] и в расчетах по возбуждению автоионизационных состояний поляризованными электронами [8].
ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОЛОЖЕНИЯ
Автор защищает:
- теорию угловых корреляций при резонасной ионизации лазерно-возбужденных атомов фотонами и электронами;
- анализ возможностей экспериментов новых типов для изучения автоионизационных состояний: измерения угловых распределений фотоэлектронов в пересекающихся пучках лазерного и синхротронного излучений, включал измерения с фиксированным положением детектора и вращающейся поляризацией лазерного света; возбуждение автоионизационных резонансов электронным ударом из лазерно-возбужденных атомов, включая измерения угловых распределений эжектируемых электронов и процесс типа (е,2е);
- результаты исследований спектра состояний положительной четности атома кальция в области 3р — Ы автоионизационных резонансов;
- безмодельные соотношения между физическими величинами, измеряемыми в экспериментах разных типов по сверхупругому рассеянию электронов на лазерно- возбужденных атомах;
- результаты расчетов характеристик рассеяния электронов с участием лазерно-воз-бужденных атомов натрия и рассеяния электронов промежуточных энергий атомами кадмия и калия с возбуждением автоионизационных состояний, а также основанный на
этих результатах анализ применимости метода искаженных волн к описанию диполь-пых возбуждений наружных и внутренних оболочек электронным ударом;
- объяснение экспериментально обнаруженного эффекта зависимости относительных вероятностей оже-распада вакансии на компоненты гонкой структуры от состояния лазерно-возбужденного атома перед образованием вакансии;
- предсказание высокой спиновой поляризации оже-электронов при ионизации лая рно возбужденного поляризованного атома и предлагаемый на основе этого явления метод изучения оже-распада.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Результаты исследований, которые вошли в диссертацию, представлялись на XIII, XV, XVI, XVIII и XIX Международных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Берлин, 1983; Брайтон, Великобритания, 1987; Нью-Йорк, США, 1989; Орхус, Дания, 1993; Уистлер, Канада, 1995), IV и V Европейских конференциях по атомной и молекулярной физике (Рига, 1992; Эдинбург, Великобритания, 1995), XVI Международной конференции по рентгеновским лучам и процессам во внутренних оболочках (Дебрецен, Венгрия, 1993), VII Международном симпозиуме по поляризации и корреляциям в электронных- и атомных столкновениях (Нилефельд, ФРГ, 1993), VII Международном симпозиуме по резонансной ионизационной спектроскопии и ее приложениям (Бернкастель-Кюс, ФРГ, 1994), XIV Международной конференции по атомной физике (Боулдер, США, 1994), Международном симпозиуме по атомной и молекулярной динамике в фотоионизации (Лаваль, Канада, 1995), ХН Международной конференции по лазерной спектроскопии (Капри, Италия, 1995), 58-й конференции Германского физического общества (Гамбург, 1994), IX, X и X! Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Рига, 1984; Ужгород, 1988; Чебоксары, 1891), III, IV Всесоюзных и V Международном совещаниях "Автоионизационные явления в атомах" (Москва, 1985, 1990 и Дубна, 1995), Всесоюзной конференции "Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград, 1986), Всесоюзном семинаре по теории атомов и атомных спектров (Тбилиси, 1988). Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались автором на пленарных заседаниях годичной сессии Научного Совета АН СССР по проблеме "Физика электронных и атомных столкновений" (Москва, 1989). Всесоюзного семинара "Спектроскопия низкотемпературной плазмы" (Петрозаводск, 1990 I. VIII Всесоюзной школы по физике электронных и атомных столкновений ( Туапсе-Сочи. 1990), Международного коллоквиума "Корреляционная динамика возбужденных атомов и молекул" (Кольмар, Франция, 199G), Конференции Германского физическою общества (Майнц, 1997), Международного семинара по фотоионизации (Честер. Великобритания, 1997), IX Международного симпозиума по поляризации и корреляциям
в электронных и атомных столкновениях (Фраскати, Италия, 1997), а также в приглашенных докладах в университетах Берлина (1993), Билефельда (1996), Гамбурга (1993), Мюнстера (1994), Парижа (1997), Улан-Батора (1986), Фрайбурга (1993, 1994, 1996), Институте Фрица Хабера об-ва Макса Планка (Берлин, 1993).
ПУБЛИКАЦИИ. Теме диссертации посвящено 66 публикаций, включая 20 статей в реферируемых журналах. Часть материала вошла в учебное пособие для студентов вузов. В конце автореферата приведен список работ, наиболее полно отражающих содержание диссертации.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. В диссертацию включены результаты, полученные лично автором, а также результаты, в получение которых автор внес определяющий вклад.
В совместных работах с экспериментаторами Берлинского технического и Гамбургского университетов автору принадлежит вся теоретическая часть, включая анализ принципиальных возможностей установки для получения физически значимой информации, разработка программы измерений, интерпретация результатов измерений. В работах с экспериментаторами Фрайбургского университета автору принадлежат: в работах [19,29,30] - вся теоретическая часть; в работах [24,25,27] - расчеты сечений возбуждения и угловых распределений электронной эмиссии, разработка соответствующего формализма. В работах [20,22] автору принадлежит часть, относящаяся к методу искаженных волн и анализу его применимости. В учебнике [1] автором написана глава "Корреляционные и поляризационные явления при возбуждении и ионизации атомов". Комплекс программ для расчетов характеристик неупругих электрон-атомных столкновений методом искаженных волн, использованных в 3-й главе, созданы лично автором; версия программы, использованная в 4-й главе, создана совместно с Е.И.Голоховым.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Полный объем работы составляет 245 страниц, включая 42 рисунка, 9 таблиц и список литературы из 211 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении отражена история вопроса, обоснована актуальность темы, формулируется цель исследований и схематично изложено содержание диссертации. В диссертации рассматриваются следующие процессы с участием атомов, приготовленных лазерной накачкой: фотоионизация на пучке синхротронного излучения (главы 1 и 2); сверхупругое рассеяние (удары второго рода) электронов (глава 3); ионизация электронным ударом, главным образом, через возбуждение авгоионизационных резонансов (глава 4); процесс Оже (глава 5).
Повышение яркости синхротронных источников выдвинуло задачу систематиче-скиго изучения угловых распределений фотоэлектронов при ионизации возбужденных
атомов и влияния поляризации лазерно-возбужденного атома на сечения фотоионизапии [9]. В первой главе "Теория фотоионизании лазерно-возбужденпых атомов" получены и проанализированы выражения для сечений и угловых распределений элек тронов при фотоионизации атомов, возбужденных и поляризованных лазерной накачкой. Анализ общих формул ориентирован на приложения теории к процессам на пересекающихся пучках- лазерного и синхротронного излучений.
На основе аппарата статистических тензоров выводится общая параметризация для функции угловой корреляции между импульсом фотоэлектрона и направлением поляризации лазерно-возбужден нон мишени:
da (т<"">> ( — \
^ = — 1 + E^wfJolE Р,. /'„Л) . (1)
V fco frfc-» j
где A^o(Jq) - нормированные статистические тензоры полного углового момента ./ц электронной оболочки лазерно-возбужленного атома в системе координат с осью квантования а {!?„,</;„} вдоль его оси симметрии; Fkakk-, - инвариантные геометрические факторы, известным образом зависящие от направления {i9a,Va}, направления вылета фотоэлектрона {t9 ,.,</>,.} и параметров Стокса ионизующего излучения Р,, Р2, ¡\; «г'""' -интегральное сечение фотоионизации для хаотически ориентированного возбужденного атома; ßk0kk, - обобщенные коэффициенты угловой анизотропии, содержащие диполь ные амплитуды и зависящие от динамики фотоионизации. Величины Акач('1о) характеризуют поляризацию углового момента J0 и определяются условиями жгперимента, в частности, условиями лазерной накачки.
Из соотношения (1) можно получить многие частные результаты: угловые распределения для неполяризованных атомов, интегральные сечения ионизации поляризованных атомов, дихроизм. Например, параметр угловой анизотропии ß для электронов при фотоионизации неполяризованиой мишени связан с обобщенным коэффициентом ап изотроп и и соотношен ием
0 = - . 12)
Получены выражения для обобщенных коэффициентов анизотропии через ма тричные элементы дипольного оператора. Рассмотрено, как влияет ориентация (способ приготовления) лазерно-возбужденного состояния на характеристики фотоионизации. Варьировать эту ориентацию путем изменения поляризации лазерного света, осуществляющего оптическую накачку, намного проще, чем изменять поляризацию ионизующего синхротронного излучения.
Детально анализируется случай коллинеарных фотонных пучков основной ieo-метрии экспериментов с пересекающимися лазерным и синхротронным пучкам».
Изучение высоколежащих автоионизационных состояний, запрещенных по четности для фотовозбуждения из основного состояния, представляется одним из наиболее перспективных направлений исследований по фотоионизации лазерно-возбужденных
атомов синхротронным излучением. В диссертации теоретически исследуются угловые распределения электронов при фотоионизации возбужденных поляризованных атомов в области изолированного автоионизационного резонанса. Все обобщенные коэффициенты угловой анизотропии демонстрируют резонансное поведение в области автоионизационного состояния. Предлагается измерять зависимость потока фотоэлектронов от направления поляризации лазерно-возбужденной мишени и направления вылета фотоэлектрона для получения новой информации о резонансной ионизации. В частности, показано, что измерения с циркулярно поляризованным лазерным светом могут служить чувствительным индикатором прямой ионизации на фоне сильного автоионизационного резонанса.
Общие закономерности фотоионизации лазерно-возбужденных атомов иллюстрируются численными расчетами для натрия, приготовленного накачкой в состояния 3р 2Р1/2,3/2- В области вакуумного ультрафиолета в зависимости от энергии фотона доминируют разные механизмы ионизации: прямая фотоионизация, двухступенчатая ионизация через автоионизационные резонансы, ионизация в условиях сильной интерференции прямой и резонансной ветвей процесса (асимметричный фановский резонанс). Для прямой ионизации вблизи порога сделаны численные предсказания для наблюдаемых величин, характеризующих "полный опыт": сечений, коэффициентов угловой анизотропии и поляризации фотоэлектронов. На рис. 1 приведено сечение фотоионизации в припороговой области, где имеются экспериментальные данные. Показано, как кинематические возможности экспериментов с пересекающимися пучками лазерного и синхротронного излучений можно использовать для разделения каналов ионизации в широкой области энергий и для идентификации высоколежащих автоионизационных состояний. Рис. 26 демонстрирует качественное отличие угловых распределений фотоэлектронов при ионизации через возбуждение автоионизационных состояний с разными угловыми моментами для геометрии линейно поляризованных фотонных пучков, указанной на рис. 2а. Показано, что угловые распределения фотоэлектронов в области резонанса с фановским профилем могут отражать тонкие детали динамики резонансной фотоионизации.
Использование установок с изменяющейся геометрией на пучках синхротронного излучения связано с большими материальными и временными затратами и возможно только в сочетании с широким теоретическим анализом того, какую физически значимую информацию можно получить в эксперименте, и как это сделать наиболее рациональным способом с учетом особенностей конкретной мишени. Во второй главе общая теория фотоионизации лазерно-возбужденных атомов применена к анализу возможностей экспериментального оборудования, созданного в Техническом университете Берлина (проф. П.Циммерманн) и Институте экспериментальной физики Гамбургского университета (проф. Б.Зоннтаг) для проведения измерений по фотоионизации атомов в пересекающихся пучках лазерного и синхротронного излучений на синхротронном
источнике BESSY, к разработке программы экспериментов и теоретической интерпретации результатов соответствующих измерений.
На примере мишени с угловым моментом J0 = 1 предложена и обоснована конкретная программа экспериментов (набор измерений), позволяющая наиболее рационально, для имеющегося оборудования, получить максимально возможную информа цию о динамике фотоионизации возбужденного атома. Показано, что используемая геометрия коллинеарных фотонных пучков в сочетании с имеющимися детекторами: неподвижным цилиндрическим анализатором и вращающимся вокруг оси фоюнных пучков спектрометром, - является "полной" для линейно поляризованных лазерного и синхротронного излучений, в том смысле, что и принципе позволяе т извлечь все динамические параметры, которыми характеризуется угловое распределение фотоэлектронов из выстроенной мишени. й частности, показывается, как измерит!, традиционные з исследованиях изотропных мишеней величины: интегральное сечение ст'""' и параметр угловой анизотропии 0 (см. (1), (2)).
Ю 6
Ь
о
0.0 0.5 1 0 1.5 2.0 энергия фотоэлектрона (эВ)
Рис. 1. Сечение фотоионизэции неполяризованного натрия, находящегося в ЗР-состоянии,
неполяризованным светом: сплошная кривая - наш расчет; длинный пунктир - модель эффективного потенциала (Aymar и др , J Rhys В, v 9, 1279 (1976)), короткий пунктир -модель Хартри-Фока и А - измерения на пересекающихся лучках лазерного и синхротронного излучений Preses и др., Phys Rev.A, v 32, 1264 (1985); • - измерения Rothe, Quant Spectr.Rad.Trans , v.9,49 (1969)
(а)
♦ у
о*1
6000 -
S
J3 I-
о О х ш S
о
X ф
IX
S
4000 -
2000 -
Фе (фад)
Рис.2. Коллинеарная геометрия ионизации пучками линейно поляризованных фотонов (а) и соответствующие угловые распределения фотоэлектронов (б) при ионизации лазерно-возбуж-денного состояния натрия 2р6 Зр 2Psn в области автоионизационных резонансов 2p5(3s3p) 2Dj с разными значениями полного углового момента J. Экспериментальные данные получены на Берлинском электронном накопителе BESSY (Baier и др., J.Phys.B, v.27, р.1341 (1994)). Расчет по формуле (1) для случая ионизации через автоионизационный резонанс.
Теоретически обоснован новый метод измерений - метод фазового сдвига, заключающийся в определении такого направления линейной поляризации лазера, когда достигается экстремальный ноток фотоэлектронов, регистрируемый неподвижным детектором. Так, для линейно поляризованного синхротронного излучения модуляция
потока при фотоионизации из состояния с ./0 = 1 или ./о - 3/2 лается формулой
тле а,Ь,Ь зависят от конфигурации детектора п динамики ионизации; ¡рл - угол моа-ду направлениями линейной поляризации лазера и с инхро! ровного излучения (рис. 2а) И (мерение фазового сдвш a h свободно от mhoi их нес i абильностей. во шик,пои > и\ в экспериментах на пересекающихся пучках ла tepiio; о и синхротроннот и (лучений, изменений интенсивности и степени перекрывания атомного и фотонных пучков в объ еме взаимодейевия, величины вью роенное i и мишени и факторов, связанных г чеха ническим перемещением детектора фотоэлектронов. По-сушеству, гочност i> щмерения фазовых сдвигов ограничена погрешностями измерения самих углов.
С применением развитой теории проанализированы результаты измерений, про веденных по предложенной программе на BESSY с лазерно-возбужденными атомами кальция в 4 я Ар 1Р состоянии. В результате этого анализа составлена первая таблица четных автоионизационных резонансов атома кальция в области вакуумного ультрафиолета (табл. 1). Показано, что фотоионизация возбужденного атома кальция на ос-
Таблшы 1.
Четные автоионизационные рсчопанси атома кальция в облас i и Зр - 3d во (бу лдений И последнем столбце указаны каналы распада резонансов на состояния nl иона Си* Л/>х'ч!
Í — а + Ь cas '2(tpa — 6) ,
U)
Энергия в )В Доминирующий
oí носитель!«) угловой i Каналы
, I
основною момен i .i ; распада
]
о i носитель!«)
состояния
1 34.60
2 3-1-70
3 33.15
4 35.35
5 35.55
6 35.80
1
35 S5
9
2
I)
1
i,,
3d, 4 р 4s,3il, 4р -Is
■ill. i/i
8 35.95
9 30.00
10 30 10
11 3(¡.fo
12 3ÍÍ.75
I)
ь
j
; Ь.З d. 1 р i l.-.-'W
i I S..W
(,/. 1/.
новное состояние иона 4л 25 в области 3р — 3г1 резонансов происходит по каналам с полным моментом } — 1. В этом процессе обнаружены эффекты нарушения £5-связи. На основе развитого формализма из экспериментальных данных извлечены обобщенные коэффициенты анизотропии - наиболее детальные характеристики фотоионизации, доступные изучению на имеющейся аппаратуре. Показано, как теория может использоваться для контроля согласованности результатов при независимых измерениях детекторами разной конфигурации.
Третья глава "Сверхупругое рассеяние электронов на лазерно-возбужденных атомах и анализ применимости метода искаженных волн в электрон-атомных столкновениях" посвящена теоретическому описанию ударов второго рода (сверхупругого рассеяния) электронов с лазерно-возбужденными атомами и приложению метода искаженных волн к возбуждению автоионизационных состояний.
Поскольку амплитуды неупругого и сверхупругого рассеяния связаны соотношением инвариантности относительно обращения времени, то корреляции между направлением начальной поляризации лазерно-возбужденного атома и направлением вылета сверхупруго рассеянного электрона содержат ту же, а в некоторых случаях (из-за особенностей лазерной накачки) и более детальную информацию, что и корреляции типа (е, е'7) в обратном процессе возбуждения. Однако эксперименты с лазерной накачкой не требуют техники совпадений, и это позволило в измерениях существенно продвинутся в сторону больших углов рассеяния, где абсолютная величина сечений быстро падает, а также провести измерения сверхупругого рассеяния поляризованных электронов. Получаемая в исследованиях сверхупругого рассеяния информация настолько подробна, что, например, совокупность данных для 3гР <-> 325 перехода в натрии для некоторых энергий электронов вплотную приблизилась к той степени исчерпанности, которая характеризует так называемый "полный опыт", состоящий в определении всех независимых амплитуд рассеяния [10]. В этом случае можно ожидать, что данные экспериментов разных типов связаны друг с другом безмодельным образом. В диссертации предложены такие соотношения. Они связывают, в частности, измерения сверхупругого рассеяния поляризованных электронов на поляризованных и неполяризованных лазерно-возбужденных атомах. На основе безмодельных соотношений показана согласованность экспериментов разных типов, проведенных разными группами (рис. 3).
Подробные данные по сверхупругому рассеянию на натрии при промежуточных энергиях электронов дают уникальные возможности для самой детальной проверки теоретических подходов. В диссертации эти данные использованы для тестирования метода искаженных волн с оптическим потенциалом - одного из распространенных методов в расчетах неупругого электрон-атомного рассеяния. Комплексный оптический потенциал для расчета искаженных волн выбирался так, чтобы наилучшим образом описать данные по упругому рассеянию при соответствующих энергиях (рис. 4). Дана первая теоретическая интерпретация некоторых из измеренных в сверхупругом рас-
0.3 7
0.2 ф
CN 0.1 ф □
0.0 -0.1 Г ф фф фф ф*
-0.2 -0.3 1 Ф ж M . * i ,
ф
20 40 60 80 100 120
угол рассеяния (град)
140
Рис. 3. Сравнение лево-правой асимметрии SA(J=1/2) в сверхупругом рассеянии электронов на неполяризованном 32Р:п состоянии натрия, предсказываемая нами (О) для энергии 17 9 эВ на основе измерений сверхупругого рассеяния на поляризованной мишени (McClelland и др , Phys.Rev A. v.40 р.2321 (1989)). с реэультами прямого измерения асимметрии (Nickich и др . Z.Phys.D. V.16, р.261 (1990)) при энергии 20 зВ (■).
о
угол рассеяния (град)
Зис. 4 Дифференциальное сечение упругого рассеяния (а,б) и рассеяния с 3S-3P возбуждением (в.г) электронов на атоме натрия. Наши расчеты: ------ плосковолнозое борновское приближение,
— — —- расчет с действительным оптическим потенциалом;
- - расчет с оптическим потенциалом, имеющим мнимую часть
— - — - — - метод сильной связи с оптическим потенциалом (Bray и др , Phys Rev A, v 44
p.7179 (1991)). Эксперимент: ■ - Srivastava, Vuskovic, J.Phys.B, v. 13, p.2633 (1980),
X - Marinkovic и др., J.Phys.B, v.25, p.5179 (1992), • - Buckman, Teubner. J.Phys.B. v. 12. p 1741 (1979)
сеянии величин, например, передаваемого атому при рассеянии среднего значения орбитального углового момента в широком интервале углов рассеяния. Показано, что для сильного дипольного 3Р <-» 35 перехода приближение искаженных волн хорошо воспроизводит усредненные по спину величины, связанные с матрицей плотности орбитального момента ЗР-состояния (рис. 5). Эти величины измеряются с пучками не-поляризованных электронов и нечувствительными к спину электронными детекторами. Метод, однако, терпит неудачу при расчете характеристик рассеяния поляризованных электронов (рис. 66), которые, как правило, очень чувствительны к балансу между прямой и обменной амплитудами. Сравнение с проведенными позднее расчетами других авторов, использовавших наиболее аккуратные на сегодняшний день подходы в теории электрон-атомных столкновений [11], показывает, что основной недостаток метода искаженных волн - недоучет связи каналов, в первую очередь, связи с каналами непрерывного спектра.
Метод искаженных волн впервые применен в расчетах дифференциальных по углам характеристик возбуждения автоионизационных состояний электронами. Исследованы дифференциальные сечения возбуждения и функции угловой корреляции (е,2е) в области автоионизационных состояний атома кадмия 4сРЬр : J = I и угловые распределения эжектируемых электронов при распаде автоионизационного состояния атома калия ЗрМз2 2Рз/г- Расчеты носили предсказательный характер. В обоих случаях полученные результаты стимулировали новые экспериментальные измерения, с хорошей точностью подтвердившие проведенные расчеты (рис. 7 и 8). Это указывает на применимость метода искаженных волн к описанию усредненных по спину характеристик дипольных возбуждений частично-дырочных автоионизационных состояний электронами промежуточных энергий. Для дальнейшей проверки представляет большой интерес изучение резонансной ионизации с пучками поляризованных электронов [8]. Проведенные исследования уточняют область применимости метода искаженных волн в расчетах детальных характеристик переходов из основных и возбужденных атомов под действием электронов промежуточных энергий, включая возбуждения внутренних оболочек, приводящие к автоионизационным состояниям.
В четвертой главе "Возбуждение автоионизационных состояний в столкновениях электронов с лазерно-возбужденными атомами" развита теория резонансной ионизации электронным ударом атомов, приготовленных лазерной накачкой.
Получены общие формулы для сечений и угловых распределений электронов, выбитых при ионизации поляризованных атомов. Они пригодны для любого механизма ионизации, включая ионизацию произвольной кратности пучком любых неполяризован-ных частиц, при условии, что после ионизации регистрируется лишь один электрон. Предложена общая параметризация угловых распределений вылетающих электронов:
Рис. S. Динамические параметры 32S - 32Р перехода в натрии, изучаемые в csepx/лругам рассеянии электронов на неполяризованных лазерно-возбужденных атомах: переданный атому при рассеянии орбитальный угловой момент L^a) и угол поворота
электронного облака атома после рассеяния у (б) Энергия падающего пучка электронов при сверхупругом рассеянии - 20 эВ.
_ наш расчет в приближении искаженных волн с оптическим потенциалом;
_____двухпотенциальный подход (Pirohit, Mathur, J.Phys.B, v.23, p.L473 (1990));
_ _ _ приближение поляризованных орбиталей (Kennedy и др., J.Phys.B, v.10.
р.3759 (1977));
. _ _ метод сильной связи (4-х канальное приближение) (M:troy и др , J Phyc В.
V.20, р.4827 (1987));. Экспериментальные данные McClelland и др , Phys Rev A, v 40, р 2321 (1989) и Schotten и др , J Phys В, v 26, р 987 (1993)
О 30 60 90 120 150 180 угол рассеяния (град)
Рис. 6. То же. что и рис.5, но для параметров, изучаемых при рассеянии на поляризованных лазерно-возбужденных атомах: переданный орбитальный момент в синглетном канале (а) и отношение триплетного и синглетного сечений г (б).
- наш расчет в приближении искаженных волн с оптическим потенциалом;
- — — метод сильной связи с учетом только дискретного спектра и _ _ _ _ сходящийся метод сильной связи (Bray, Phys.Rev.A, v.49, p.R1 (1994)). Экспериментальные данные McClelland и др.. Phys.Rev.A, v.40, р.2321 (1989).
угол рассеяния (град)
Рис. 7. Угол поворота оси симметрии у автоионизационного состояния 4d95p: J=1 (12.81 эВ) атома кадмия относительно падающего пучка электронов с энергией 150 эВ: _ _ _ - плосковолновое борновское приближение;
- - приближение искаженных волн.
Экспериментальные данные работы Martin. Ross, J.Phys.B, v.15, p.3959 (1982).
энергия налетающего электрона (эВ)
рис 8. Коэффициент угловой анизотропии электронов, испускаемых в распаде автоионизациоьного состояния Зр5 4э2 2Р3/2 атома калия при возбу>едении его электронами ----- наш расчет в борновском приближении; --наш расчет в приближении искаженных волн,
— . — . — приближение искаженных волн (РапдапИ\л/аг, Бпуайуа, и РИуБ В, V 20, р 5881 (1987)) Экспериментальные данные МаКеЫоск и др., ^РЬуз.В, V.28, р.4301 (1395).
Л 1 Л- (но) /
52 ЗадШАо", » П0»«¥>«)}. 0 I . (4)
>0>0 ' I
1
Здесь 1\(со51)) - полином Лежандра; - сечение, проинтегрированное по углу
эжекции для случая, когда начальное состояние с угловым моментом Jo неполяризо-вано; 1Ьакк, и 0к - обобщенные и обычные (т.е. для неполяризованной мишени) коэффициенты анизотропии вылетающих электронов для ионизации электронным ударом. В формуле (4) введено тензорное произведение сферических гармоник. Формула (4) подчеркивает двойственную природу анизотропии электронной эмиссии: анизотропию, формируемую за счет динамики собственно столкновения, и комбинированный эффект от двух факторов - поляризации лазерно-возбужденного начального состояния мишени и анизотропии, индуцированной электронным ударом. Параметризация (4) использована для анализа свойств угловых распределений как в общем случае, так и в двухступенчатом приближении для резонансной ионизации через возбуждение автоионизационного состояния. Для резонансной двухступенчатой ионизации угловые распределения фактически определяются несколькими параметрами, которые могут быть измерены и сопоставлены с теорией. Общие формулы упрощены для электронов высокой энергии в рамках плосковолнового борновского приближения.
Предложены эксперименты по возбуждению автоионизационных состояний электронным ударом из лазерно-возбуждениых атомов. На основе развитого формализма интерпретируются результаты первых таких экспериментов по резонансной ионизации атома натрия, проведенных во Фрайбургском университете (проф. В.Мелхорн). Проведены расчеты сечений возбуждения автоионизационных резонансов натрия с конфигурацией 2р53л3р из лазерно-возбужденных состояний 2р63р Рис. 9 и 10 демонстрируют, что расчеты в борновском приближении с многоконфигурационными волновыми функциями автоионизационных состояний хорошо воспроизводят экспериментальные данные по относительным сечениям и угловым распределениям эжектируемых электронов при больших энергиях падающего пучка Показана доминирующая роль механизма передачи выстроенности от лазерно-возбужденного атома к автоионизационному состоянию в формировании угловых распределений эжектируемых электронов. Показано, что основные закономерности процесса объясняются в рамках простой динамической модели, рассматривающей возбуждение автоионизационного состояния в диполь-ном приближении. Проведены расчеты в приближении искаженных волн, расширяющие область приложения теории на промежуточные энергии налетающих электронов. Показывается, что эффекты искажений и обмена частично компенсируют друг друга, и поэтому угловые распределения эжектируемых электронов должны быть чувствительны к деталям динамики возбуждения автоионизационных состояний электронами
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 L
сечение (отн. ед.
- расчет
(борновское приближение)
эксперимент
«Р <Р (3Р) (Зр) (Зр) (3Р) (3Р) (1Р) CP) CP) (1Р) CP)
2D D
3/2 ОТ
2P 2P
1/2 3/2
s
5/2 1/
2P 2D
3/2 3/2
Рис. 9. Относительные сечения возбуждения автоионизационных состояний 2p5(3s3p L'S')LSJ атома натрия из лазерно-возбужденного состояния 32РМ электронами с энергией 1.5 кзВ. Эксперимент Dom и др. 5th Int. Workshop "Autoionizing Phenomena in Atoms", Invited talks, Moscow: Moscow Univ. Press, 1996, p.147.
s s с о о. ко го S X
го н
X ф
S
гг
-8-80) о id
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2
-I_1_I_I I I I и
_1_I......I
10 100 1000
энергия электрона (эВ)
Рис. 10. Коэффициенты анизотропии в угловом распределении выбитых электронов при ионизации лазерно-возбужденного 32Р3/2 состояния натрия через автоионизационный резонанс 2p63s3p 2D5,2 ß2 - для выстроенной при накачке линейно поляризованным светом мишени; ß2 - для изотропной мишени. Экспериментальные данные Dorn и др., J.Phys.B, v.27, p.L529 (1994). - — - - плосковолновое борновское приближение; -приближение искаженных волн.
промежуточных энергияй.
Предлагаются эксперименты с фиксированным положением детектора и вращающейся линейной поляризацией лазерного света: подобно фотоионизации лазерно-воз-бужденных атомов синхротронным излучением такие эксперименты должны быть слабо чувствительны к нестабильностям при проведении измерений. Для лазерно-возбужденных состояний с = 1 и = 3/2 модуляция сечений дается формулой (3). Расчеты для резонансной ионизации натрия с уровня 2р63р 2Р3/2 через автоионизационные состояния 2р53з3р 2Дз/2,5/2 показывают, что глубина модуляции чувствительна к эффектам искажений и обмена, а также к квантовому числу углового момента резонанса. Значение фазового сдвига 6 при определенных геометриях может служить чувствительным индикатором прямой ионизации или вклада от близких резонансов противоположной четности.
Предлагаются более информативные совпадательцые эксперименты (с,2е) по резонансной ионизации лазерно-возбужденных атомов и делаются предсказания для функций угловой корреляции.
В пятой главе "Процесс Оже, индуцированный электронным ударом лазерно-возбужденных атомов" рассматриваются новые явления, характерные для оже-распада вакансий в лазерно-возбужденных атомах. Для основных состояний атомов, помимо традиционных оже-спектров, изучаемых уже много лет, в настоящее время измеряется угловое распределение и спиновая поляризация оже-электронов [12]. Это дает новые важные сведения как о динамике распада оже-состояиий, так и о механизмах их возбуждения. С наличием ступени лазерной накачки открываются дополнительные возможности в изучении спектров, угловых распределений и поляризации оже-электронов.
В диссертации теория угловых распределений оже-эмиссии, индуцированной пучком электронов, обобщена на случай поляризованных мишеней. Рассмотрены предельные случаи изолированных и перекрывающихся уровней тонкой структуры оже-состояний и возбуждение вакансий электронами большой энергии. На основе развитой теории исследовано и объяснено новое явление, обнаруженное в экспериментах с лазерно-возбужденными атомами, - зависимость относительных вероятностей оже-распада на компоненты тонкой структуры от состояния атома перед возбуждением вакансии. На рис. 11 демонстрируется эта зависимость для оже-переходов в натрии Мг+(2з2р63р3Р) Л^а++(2я22р5) +Ев,Е<1. Переходы возбуждаются электронным ударом из приготовленных лазерной накачкой состояний 32Рз/з (верхний ряд) и 32/-\/2 (нижний ряд). Показано, что явление наблюдается для перекрывающихся уровней тонкой структуры оже-состояний при анизотропии спина лазерно-возбужденного атома. В частности, эффект существует при поочередном изотропном заселении изолированных состояний тонкой структуры начального состояния, когда внутриатомное спин-орбитальное взаимодействие приводит к поляризации спина, и вообще, при всяком нестатистическом заселении уровней тонкой структуры начального состояния. Явление
тенсивность
энергия оже-электронов
с. 11. Относительные интенсивности оже-линий натрия (см текст). Слева - экспериментальные данные Grum-Grzhimailo, Dorn, J.Phys.B, v.28, p.3197 (1995) при энергии электронного пучка 1 5 кэ8 Результаты теории (справа) даны для предельных случаев, когда доминирует канал оже-распада с испусканием s электрона (средний столбец) и d электрона (правый столбец). Наилучшее согласие с измерениями для обоих начальных состояний лазерно-возбужденного атома достигается при отношении ширин rs/rd=9.5.
Рис. 12. Продольная спиновая поляризация оже-электрона для линии У. отмеченной на рис. 11, как функция фазового сдвига межоу амплитудами оже-распада по э и с! каналам при фиксированном отношении парциальных ширин
Г /Гй=9.5. Начальное состояние атома считается приготовленным лазерной накачкой циркулярно поляризованным светом. Для данного случая вакансии в э подоболочке Рг одинакова для быстрых электронов и фотонов и не зависит от энергии, направления, поляризации падающего пучка.
|д| (град)
носит общий характер и должно наблюдаться в процессах образования вакансий различными частицами и фотонами. Теория рассмотренного явления использована для определения, по данным измерений с лазерно-возбужденными атомами натрия, относительных амплитуд распада оже-состояний в разные каналы непрерывного спектра.
Развивается теория спиновой поляризации оже-электронов при ионизации лазер-но-возбужденных поляризованных атомов. Известно, что спиновая поляризация оже-электронов несет в себе наиболее полную информацию об оже-распаде [13]. Однако эту характеристику трудно наблюдать экспериментально: на сегодня единственным практически пригодным способом для свободных атомов является образование вакансии циркулярно поляризованным фотоном. Это способ пока труднодоступный, так как для создания достаточной интенсивности потока циркулярно-поляризованпых фотонов в области ВУФ или рентгена используются источники синхротронного излучения третьего поколения. На основе развитой теории предложен новый альтернативный метод изучения спиновой поляризации оже-электронов, основанный на механизме двойной передачи поляризации: от лазерно-возбужденного ориентированного атома к оже-состоянию, а затем от оже-состояния - к оже-электрону. При этом не требуется дорогостоящих источников циркулярно поляризованного синхротронного излучения. Метод удобен также тем, что при образовании вакансии в .s-оболочке, поляризация оже-электронов зависит только от ступени лазерной накачки и динамики распада, но одинакова для ионизации быстрыми заряженными частицами и фотонами, независимо от их состояния поляризации, тем самым давая хорошие возможности для изучения собственно оже-распада. Проведен конкретный численный анализ для оже-состояний 2s'1np (п = 3,4) атома натрия, возбуждаемых из приготовленного лазерной накачкой состояния 2р63р 2Pj. Предсказана большая величина спиновой поляризации оже-электронов и ее высокая чувствительность к величинам и относительным фазам амплитуд распада (рис. 12). Соответствующие эксперименты находятся в стадии подготовки в университете Фрайбурга.
В заключении сформулированы основные результаты диссертации.
Развита теория фотоионизации атомов, возбужденных и поляризованных лазерной накачкой, включая область автоионизационных резонансов; получена параметризация сечений ионизации и угловых распределений фотоэлектронов.
Предложены эксперименты по исследованию угловых распределений фотоэлектронов при резонансной ионизации на пересекающихся пучках лазерного и синхротронного излучений. Показана информативность таких измерений и их чувствительность к динамике фотоионизации возбужденных атомов. Теоретически обоснован новый удобный метод измерений - метод фазового сдвига, основанный на вращении вектора поляризации лазерного света при фиксированной геометрии пучков и детекторов.
Теоретически проанализированы возможности оборудования для изучения фотоионизации лазерно-возбужденных атомов на синхротронном источнике BESSY. Разра-
ботана программа экспериментов, направленная на получение экономным и надежным
способом максимально возможной информации о динамике фотоионизации возбужденных атомов и реализованная в измерениях с атомами кальция. На основе анализа экспериментальных данных выявлены основные закономерности ионизации по разным каналам, дана первая идентификация полного углового момента четных частично-дырочных автоионизационных резонансов, впервые получен коэффициент угловой анизотропии фотоэлектронов при ионизации лазерпо-возбужденного атома синхротронным излучением, обнаружены эффекты нарушения ^9-связи, извлечены обобщенные коэффициенты угловой анизотропии - наиболее детальные характеристики фотоионизаиин, доступные изучению на имеющейся аппаратуре.
Теоретически исследовано сверхупругое рассеяние электронов на лазерно-возбужденных поляризованных атомах. Предложены безмодельные соотношения между величинами, наблюдаемыми в экспериментах по сверху нругом у рассеянию, и позволяющие контролировать согласованность экспериментов разных типов. Исследованы пределы применимости метода искаженных волн с оптическим потенциалом для описания дн-польных переходов в неупругих электрон-атомных столкновениях при промежуточных энергиях и найдено, что метод позволяет качественно, а чаще и количественно, воспроизвести наиболее полные данные, относящиеся к экспериментам с неполяризованными пучками.
Проведено обобщение метода искаженных волн с оптическим потенциалом па процесс резонансной ионизации атомов электронным ударом. Эффективность метода продемонстрирована предсказанием функций угловой корреляции (е,2е) и угловых распре делений эжекгирусмых электронов при распаде частично-дырочных автоионизационных состояний, возбуждаемых электронами промежу'ючных энергий.
Разработана теория ионизации лазерно-возбужденных атомов электронным уларом, которая применена к резонансной однократной и двойной ионшации через вот буждецие автоионизационных и оже состояний. Теория угловых распределений электронной эмиссии под действием пучка электронов обобщена на случай поляризованных мишеней.
Предложены эксперименты по возбуждению электронами автоионизационных состояний из атомов, возбужденных лазерной накачкой, и объяснены результаты первых таких экспериментов. Показана большая роль механизма передачи выстроенности ог лазерно возбужденного атома к автоионизадиотгаму состоянию в формировании угловых распределений эжектируемых электронов. Исследованы эффекты искажений и об мена при промежуточных энергиях падающего пучка электронов. Предложены более информативные эксперименты (е,2е) по резонансной ионизации лазерно возбужденных атомов и сделаны теоретические предсказания для функций угловой корреляции.
Объяснен новый эффект, обнаруженный в первых измерениях оже-спектров лазерно-возбужденных атомов: зависимость относительных вероятностей оже-распада ва-
кансии на компоненты тонкой структуры от состояния лазерно-возбужденного атома перед образованием этой вакансии. Показано, что явление носит общий характер и должно наблюдаться при образовании вакансий различными частицами и фотонами. Продемонстрировано, как его можно использовать для получения детальной информации об амплитудах оже-распада.
Развита теория спиновой поляризации оже-электронов при ионизации лазерно-возбужденных поляризованных атомов. Предсказано явление большой спиновой поляризации оже-электронов, основанное на двойной передаче поляризации от лазерно-возбужденною ориентированного атома к оже-состоянию, а через него - к оже-элек-трону. На основе этого явления предложен новый метод изучения спиновой поляризации оже-электронов, чувствительный к динамике оже-распада. Метод является альтернативным к известному способу ионизации внутренних оболочек атомов циркулярно поляризованными фотонами, но обладает тем преимуществом, что не требует использования синхротронных источников третьего поколения.
В приложении кратко изложены необходимые положения широко применяемого в диссертации аппарата статистических тензоров.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Applied Atomic Collision Physics, v.1-5 / Ed. H.S.W.Massey, E.W.McDaniel, B.Bede-rson, - N.Y.: Academic Press, 1982-1984.
Летохов B.C. Лазерная фотоионизационная спектроскопия. - M.: Наука, 1987, 320 с.
Wuilleumier F.J. Many-body interactions in photoionization of excited atoms and ions.
- In: Many-Body Theory of Atomic Structure and Photoionization / Ed. T.-N.Chang,
- Singapore: World Scientific, 1993, p.349-408.
Trajmar S., Nickel J.C. Cross section measurements for electron impact on excited atomic species. - Adv. At. Mol. Opt. Phys., 1993, v.30, p.45-103. Ключарев A.H., Безуглов H.H. Процессы возбуждения и ионизации атомов при поглощении света (оптически возбужденные среды). - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983, 272 с.
2. Hertel I.V., Stoll W. Collision experiments with laser excited atoms in crossed beams.
- Adv. At. Mol. Phys., 1977, v.13, p.112-228.
Wuilleumier F.J., Ederer D.L., Picque J.L. Photoionization and collisional ionization of excited atoms using synchrotron and laser radiations. - Adv. At. Mol. Phys,, 1988, v.23, p. 197-286.
3. Froese Fisher C. A general multi-configuration Hartrec-Fock program. - Сотр. Phys. Comm., 1978, v.14, p.145-153.
Cowan R.D. The Theory of Atomic Structure and Spectra. - Berkeley, CA: University of California Press, 1982, 732 p.
•1. Dohrmann Th., von dem Borne Л., Verweyen Л., Sonntag В., Wedowski M., Godenhu sen К., Zimmermann P. Linear dichroism in the core-resonant photoolect.ron spectra of laser-aligned Cr atoms. - J. Phys. B, 1996, v.29, p.5699-5710.
5. Feuerstein В., Grum-Grzhimailo A.N., Mehlhorn W. Electron impart cross sections of sodium iVa*(2p53.ç2 гР) autoionizing state from theshold to 1.5 keV. - In: 20th Int. Conf. on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Abstracts, - Vienna, Austria, 1997, p.MO-114.
fi. Grum-Grzhimailo A.N. Spin-polarization of Auger electrons following ionization of laser-excited polarizred atoms. - In: IX Int. Symp. on Polarization and Correlation in Electronic and Atomic Collisions, Abstract*, - Frascali, Italy, 1997, p.VlII 1.
7. Bubelev V.E., Grum-Grzhimailo A.N. Excitation of Arl 3p54p,3p53<i and 3p55.s configurations by electrons in the distorted-wave approximation. - J. Phys. B, 1991, v. 24. p. 2183-2199.
8. Balashov V.V., Bodrenko I.V., Grum-Grzhimailo A.N. Left-right asymmetry in excitation of atomic autoionizing states by polarized electrons. - In: Proc. 5th Int. Workshop on Autoionization Phenomena in Atoms, Invited talks, - Moscow: Moscow
Univ. Press, 1996, p.72-75.
9. Sonntag В., Pahler M. Two-color experiments on aligned atoms. - In: New Directions in Research with Third-Generation Soft X-Ray Synchrotron Radiation Sources / Ed. A.S.Schlachter, F.J.VVuillcumier, - The Netherlands: Kluwer Academic Publishers. 1994, p.103-127.
10. Andersen N.. Bartschat К. Can quantum mechanical description of electron-sodium collisions be considered complete? Present status and future prospects for 3s 3p transitions. - Comm. At. Mol. Phys., 1993, v.29, p. 157-188/
11. Bray I. Convergent close-coupling calculation of electron-sodium scattering. - Phys
Rev. A, 1994, v.49, p.Rl-114.
12. Mehlhorn W. Recent developments in radiationless transitions. - In: X-Ray and Inner Shell Processes / Ed. T.A.Carlson, M.O.Krause, S.T.Manson, - N.Y.: AIP Conf.
Proc., 1990, v.215, p.465-497.
Snell G., Drescher M., Müller »., Heinzmann Г.. Hergenhahn U., Viefhaus J.. Heiser F., Becker U., Brookes N.B. Spin polaiiz.ed Auger elections: The Xe .W4 ;Л,:,ЛГ1 s case. - Phys. Rev. Lett., 1996, v.76, p.3923 3926.
13. Kabachnik N.M., Sazhina I.P. On the problem of a 'complete' experimental characterisation of Auger decay. - J. Phys. B, 1990. v.23. p.L353-L357.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ
1. Балашов В.В., Грум-Гржимайло А.Н., Долинов В.К., Корснман Г.Я., Кременцо-ва Ю.Н., Смирнов Ю.Ф., Юдии Н.П. Теоретический практикум по ядерной и атомной физике. - М.: Энергоатомиздат, 1984, 176 с.
2. Балашов В.В., Грум-Гржимайло А.Н., Б.Жадамба. Энегетическая зависимость поляризационных и корреляционных характеристик прямой фотоионизации ЗР-состояния атома натрия. - Вестник Моск. ун-та, сер.З, физ. астр., 1985, т.26, N5, с.56-58.
3. Балашов В.В., Грум-Гржимайло А.Н. Жадамба Б. Возбуждение автоионизационных состояний в атомах при одновременном воздействии лазерного и синхротрок-ного излучения. - В кн.: Материалы 3 научного семинара "Автоионизационные явления в атомах, - М., Изд-во Моск. ун-та, 1986, с.45-46.
4. Грум-Гржимайло А.Н. Фотоэлектронная спектроскопия автоионизационных состояний: угловые распределения и поляризация электронов при фотоионизации основного и возбужденного состояний натрия. - В кн.: Всесоюзная конф. "Теоретическая и прикладная оптика", Тезисы, Л.: ГОИ, 1986, с.248-9
5. Балашов В.В., Грум-Гржимайло А.Н. Жадамба Б. Прямая и резонансная ионизация атомов натрия в скрещенных пучках лазерного и синхротронного излучений. Теория. - Оптика и спектроскопия, 1988, т.65, с.315-319.
6. Baier S., Grum-Grzhimailo A.N., Kabachnik N.M. Angular distribution of photoelec-trons in resonant photoionization of polarized atoms. - J. Phys. B, 1994. v.27, p.3363-3388.
7. Wedowski M., Godenbusen K., Weisbarth F., Zimmermann P., Dohrmann T'n., von dem Borne A., Sonntag В., Grum-Grzhimailo A.N. A new method for the investigation of the angular distribution of photoelectrons from laser-aligned core-excited atoms. -J. Electi. Spectr. Relat. Phenom., 1995, v.75, p.61-65.
8. Wedowski M., Weisbarth F., Godenhusen К., Schulze M., Zimmermann Р., Dohrmann Th-, Ruder J., Sonntag В., Costello J., Grum-Grzhimailo A.N. Angle resolved photo-electron spectroscopy of laser-excited aligned Ca atoms. - In: Resonance Ionization Spectroscopy / Ed. H.-J.Kluge et al, - N.Y.: AIP Conf. Proc., 1995, v.329, p.419-422.
9. Wedowski M., Godenhusen K., Weisbarth F., Zimmermann P., Dohrmann Т., von dem Borne A., Sonntag В., Grum-Grzhimailo A.N. A new method for identification of inner-shell autoionizing states by the combined use of laser and synchrotron radiation. - In: Laser Spectroscopy XII / Ed. M.Inguscio et al, - Singapore: World Scientific, 1996, p.415-416.
10. Wedowski M., Godenhusen К., Zimmermann P., Grum-Grzhimailo A.N., Dohrmann Т., von dcm Homo Д., Sonnlag B. Experimental determination of generalized betaparameters of aligned atoms by the combined use of two electron spectrometers. In: Pio<\ 5th Int. Workshop on Autoionixation Phenomena in Atoms, Invited talkv -Moscow: Moscow Univ. Press, 1996, p.162-166.
11. Wedowski M., Godenhnsen K., Weisbarth F , Zirnmcrmarin P., Martins M., Dohrmann Th., von dem Borne A., Sonntag В., Grum-Grzhimailo A.N. VT'V-photoelection spectroscopy of laser excited Ca atoms in the 3p-3<i resonance region. - Phys. Rev. A, 1997, v.50, p. 1922 19.46.
12 Грум-Гржимайло А.П. Метол искаженных волн в физике электронно-атомных столкновений. - В кн.. Фишка электронных и атомных сюлкнобсшш / Ред. А.Орбели, - С.-Петербург: ФТИ РАН, 1991, с. 16-28.
1.3. Грум-Гржимайло А.П., Зайцева О.И. Упругое рассеяние электронов атомами натрия в оптической модели. - Вестник Моск. ун-та, сер.З, физ. астр., 1987, г .28, N5, с. 16-21.
И. Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N., Klochkova O.I. Inelastic and superelastic scattering of electrons by sodium, the role of the imaginary part of the optical potential in the DWBA analysis of the 3S-3P transition - .1. Phys. B, 1989, v.22. p.L669-L67i.
15, Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N. inelastic and supeteleastic scattering of electrons from sodium. - Z. Phys. D, 1992, v.23, p 127-135.
16 Balashov V.V., Berezhko K.G, Grum-Grzhimailo A N.. Kabachnik N.M., Maximo-. A.I. The (e, 2c) method for the study of autoionizirig atomic states' distortion effects - .1. Phys. B, 1980, V.l'i, P.L269-L273.
17. Грум-Гржимайло A.H., Магуиов А.И. Возбуждение автоионизационных состояний а 1 омон электронным ударом в борцовском приближении искаженных тюля -Вестник Моск. ун-та, сер 3, фи» астр., 1983, т 24. N5, с.61-6(5.
18. Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N. Autoionization states in Cd: Calculations for the (e,2e) process within the DWBA with exchange.- In: Proc. 18th Int.Conf. on
Physics of Electronic and Atomic Collisions, Abstracts, - Aarhus, Denmark, 1993, p.208
19. Mattcrstock В., Hnster R., Paripas В., Grum-Grzhimailo A.N., Mchlhoru W. Extita-tion of A'*(3ps4.s2 г Р-л/2, by electron impact in the range from near threshold to 500 eV: alignment and cross suction ratios - J. Phys. li, 1995, v 28. p.4301-!304
20. Borovik A.A., Grum-Grzhimailo A.N., Zatsarinny O.I., Excitation of potassium auto-ionizing state 3p52s2 5P3/2 by electrons: Experiment and theory.- In: Proc. 18th lr.:-
Conf. on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Abstracts, - Aarhus, Denmark, 1993, p.168.
21. Бубелев В.Э., Грум-Гржимайло A.H. Возбуждение 2р-уровней инертных газов электронами в приближении искаженных волн: неон и аргон. - Оптика и спектроскопия, 1990, т.69, с.295-301.
22. Gorelenkova M.V., Grum-Grzhimailo A.N. Polarization-correlation Stokes parameters for the quadrupole 2p6 - 2p53pJ = 2 transitions in neon. - J. Phys. B, 1995, v.28, p.3927-3944.
23. Балашов В.В., Грум-Гржимайло A.H. Автоионизация атомов, возбужденных лазерным излучением, при взаимодействии с быстрыми электронами. - В кн. Материалы 3-го научного семинара "Автоионизационные явления в атомах", - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986, с.46-47.
24. Dorn А., Nienhaus J., Wetzstein W., Winnewisser С., Mehlhorn W., Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N., Kabachnik N.M., Zatsarinny 0.1. Angular anisotropy of auto-ionization electrons from sodium atoms simaltaneously excited by laser and electron beams. - J. Phys. B, 1994, v.27, p.L529-L534.
25. Dorn A., Winnewisser C., Wetzstein M., Nienhaus J., Grum-Grzhimailo A.N., Zatsarinny 0.1., Mehlhorn W. Electron impact excitation and ionization of laser-excited Na atoms. - J. Electr. Spectr. Relat. Phenom., 1995, v.76, p.245-251.
26. Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N., Kabachnik N.M. Angular distribution of auto-ionization and Auger electrons ejected by electron impact from laser-excited and polarized atoms in crossed laser and electron beams.- J.Phys.B, 1997, v.30, p.1269-1291.
27. Dorn A., Nienhaus J., Wetzstein M., Mehlhorn W., Balashov V.V., Grum-Grzhimailo A.N., Kabachnik N.M., Zatsarinny O.I. Electron impact excitation of laser excited Na atoms: the 2ps(3s3pl,3P) autoionization states. - In: Proc. 5th Int. Workshop on Autoionization Phenomena in Atoms, Invited talks, - Moscow: Moscow Univ. Press, 1996, p.147-151.
28. Balashov V.V., Golokhov E.I., Grum-Grzhimailo A.N. Excitation of autoionizing states from laser excited and aligned atoms by electrons at intermediate energies. - Phys. Lett. A, 1996, v.222, p.81-86.
29. Grum-Grzhimailo A.N., Dorn A. Initial-state dependence of the partial Auger transition rates. - J. Phys. B, 1995, v.28, p.3197-3211.
30. Grum-Grzhimailo A.N., Mehlhorn W. Spin polarization of Auger electrons following ionization of laser excited polarized atoms. - J. Phys. B, 1997, v.28, p.3197-3211.
