Многочастичные эффекты в процессах фотоотрыва электронов от отрицательных ионов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Кашенок Галина Юрьевна

МНОГОЧАСТИЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРОЦЕССАХ ФОТООТРЫВА ЭЛЕКТРОНОВ ОТ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ

01.04.02 - теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург -1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Техническом

Университете

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор

В.К.Иванов

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор В.Н.Островский

доктор физ.-мат. наук, профессор А.З.Девдариани

Ведущая организация: Физико-Технический Институт

им.Иоффе

Защита состоится « 3 » июня_1998 г. в _16_час.

на заседании диссертационного совета К 063.38.13 в СПбГТУ по адресу: 195251 С.-Петербург, ул. Политехническая, 29, II уч.к., ауд.265

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТУ

Автореферат разослан «//»

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.Ф.Титовец

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена развитию методов теории многих тел (МВРТ) в применении к изучению структуры и характеристик фотоотрыва ряда отрицательных иопов (ОИ), причем особое внимание уделяется резонансным особенностям процессов и роли многочастичных корреляций в их описании.

Теоретическое изучение ОИ, в принципе, может проводиться методами, развитыми для нейтральных атомов, в частности, методами МВРТ, успешно применявшимися при описании фотоионизации [1]. Однако, при этом проявляются особенности проблемы, предоставляющие обширную область для новых исследований. Многоэлектрошше эффекты в ОИ более существешга и часто играют решающую роль. Взаимодействие в системе "электрон + остов" для отрицательного иона определяется короткодействующим потепциалом притяжения к нейтральной системе, а не кулоновским взаимодействием с экранированным ядром, как в атомах. Поэтому корреляционное взаимодействие электронов зачастую доминирует над статическим потенциалом нейтрального эстова, и коллективная природа процессов более очевидна. Особенно важными чногоэлекгротше эффекты становятся, когда фотопроцессы происходят при энергиях, близких к собственным частотам систем - резонансам.

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается значительный интерес к вдачам, связанным с ОИ, которые изучены экспериментально и теоретически <уже, чем нейтральные атомы. Эксперименты по фотоотрыву от ОИ (особенно эпределение абсолютных сечений), из которых может быть почерпнута важная шформация и об их электронной структуре, сталкиваются со значительными грудностями в регистрации продуктов процесса, имеющих малую плотность. В :вязи с совершенствованием техники эксперимента, в последние годы во многих тсслсдовательских центрах проведено (и планируется на будущее) большое соличество работ по измерению спектров фотопоглощения ОИ. Полученные жспериментальпые данные требуют теоретической интерпретации. Нередка и обратная ситуация, когда теоретические предсказания предоставляют

экспериментаторам интересные объекты для исследований, как было при обнаружении автоотрывных резоиансов в спектрах поглощения ионов с незаполненной р-оболочкой [2]. Возникшие несоответствия между теорией и экспериментом стимулировали значительную активность в развитии обоих направлений, что отражено в большом числе публикаций последних лет, посвященных фотопоглощению ионов с открытыми оболочками вблизи резонансных состояний. Имеющиеся уже результаты со всей определенностью свидельствуют о значительной роли многочастичных корреляций в процессах фототрыва и демонстрируют необходимость дальнейшего развития теории для их описания.

Цель работы: выявление наиболее значимых многочастичных эффектов в фотоотрыве от отрицательных ионов; анализ их влияния на процесс, в частности, на формирование резонансных особенностей в спектрах ряда легких отрицательных ионов с открытыми оболочками; и, наконец, развитие методов теории многих тел для адекватного описания систем, которым, подобно названным, присуща значительная роль многочастичных корреляций, и фотопроцессов с их участием.

Научная новизна. В работе существенно развивается метод, основанный на применении уравнения Дайсона (DEM) [3]. Теперь он позволяет не только связывать дополнительный наружный электрон, но и уточнять энергетическую структуру всего иона. С учетом многочастичных корреляций могут быть найдены энергии и волновые функции электронов как во внешней, так и во внутренней оболочке. Разработана спин-поляризованная (SP) версия DEM. Введен учет влияния динамической (т.е. зависящей от энергетического параметра) поляризации на фотоэлектрон. На основании интеграции DEM и приближения случайных фаз с обменом (RPAE), развит новый подход к описанию фотоотрыва, объединяющий рассмотрение внутри- и межоболочечного взаимодействия (динамической поляризуемости), динамических поляризации и релаксации, причем корреляции вводятся в бесконечном порядке теории возмущений. В рамках МВРТ впервые влияние динамической поляризации учтено на всех этапах

роцесса фотоотрыва: в начальных, конечных и виртуальных (промежуточных) остояпиях. Получил развитие метод описания релаксации как динамического [роцесса - путем учета коллективной экранировки кулоновского взаимодействия лежду фотоэлектроном и дыркой рассматривается ее влияние на процесс [ютоотрыва. Конкретные расчеты проведены для ОИ с открытыми оболочками 1е\ В", С", Сг, причем либо впервые, либо для них применение менее развитых 1етодов МВРТ выявило ограниченность последних. Именно благодаря «¡пользованию нового метода достигнуто хорошее согласие с 'кспериментальными данными. Существенно развит и расширен пакет программ щя автоматизации расчетов структуры ОИ и характеристик фотопроцессов.

Научная и практическая ценность полученных результатов, как шага в 1алравлепии развития теории фотоотрыва, определяется значимостью этого гроцесса для понимания структуры ОИ (частиц, имеющих практическое грименение, например, в ускорителях и детекторах). Знание природы явлений, [роисходящих с участием ОИ, необходимо для многих областей физики, таких как жзика земной и звездных атмосфер, физика плазмы и конденсированного о стояния. Принципиальная роль корреляций в процессах фотоотрыва, .емонстрируемая, в частности, в данной работе, позволяет предложить их сследование в качестве теста различных подходов к описанию процессов оллективного характера. Изучение многочастичных эффектов - отличная роверка возможностей и экспериментальных методик. Отметим, развитый метод пакет программ могут быть использованы в изучении различных фотопроцессов участием других атомных систем, включая кластеры.

Достоверность результатов подтверждается сопоставлением с кспериментальными данными, результатами расчетов другими методами, [спользуются зарекомендовавшие себя в теории атома методы МВРТ, и их новое азвитие тестируется обращением к задачам, имеющим существенно ногочастичный характер - изучению сильно коррелированных систем, таких как И с открытыми оболочками, включая достаточно хорошо изученный ион Не" (4Р), резонансных процессов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Многочастичные эффекты - динамические поляризуемость, поляризация релаксация - оказывают определяющее влияние на процесс фотоотрыв; электронов от ОИ в окрестности резонансов.

2. Разработан и реализован как пакет вычислительных программ новый метол теории многих тел, позволяющий одновременно учитывать внутри- н межоболочечные корреляции, влияние на весь процесс фотоотрыва динамического поляризационного потенциала, а также проявления динамической релаксации остова.

3. Результаты вычислений сечений 2р-фотоотрыва и резонансного 2s-фотоотрыва от отрицательного иона Не" (Is2s2p 4Р) демонстрируют критическую роль поляризациошшх эффектов.

4. Выявлена значительная роль корреляций разной природы в формировании резонансных структур в процессах фотопоглощения отрицательными ионами с открытыми р-оболочками В" (ls22s22p2 3Р) и С" (ls22s22p3 4S).

Апробация работы и публикации. Основные результаты представлялись на 9 международных конференциях: 5th ЕСАМР (Edinburgh, 1995), 19th ICPEAC (Whistler, 1995), VUV-X1 (Tokyo, 1995), 5th International Workshop "Autoionization Phenomena in Atoms" (Dubna 1995), 28th EGAS Conference (Graz, 1996), PECAM П (Belfast 1996), 17th International Conference X-ray and Inner-Shell Processes (Hamburg, 1996), IWP-97 (Chester, 1997), XX. ICPEAC (Vienna, 1997). Три доклада были представлены соискателем лично, причем на International Workshop on Photoionisation (Chester, 1997) автор выступил с приглашенным обзорным сообщением. Реферат работы удостоен I премии на конкурсе молодых ученых С.Петербурга 1997 г., проведенного РАЕН. Работа представлялась на семинарах по атомной физики СПбГТУ и ФТИ им. А.Ф.Иоффе. Имеется 20 публикаций.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Полный объем работы составляет 118 страниц, включая 20 рисунков и список литературы из 158 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дан обзор современного состояния роблемы. Подчеркивается принципиальная важность многочастичных эффектов в роцессах фотоотрыва от ОИ, очерчен круг методов МВРТ, используемых и азвиваемых в работе. В разделе обрисована структура диссертации, формулированы основные положения, выносимые на защиту, раскрыта научная говизна результатов и приведен список публикаций.

Выбор ОИ с открытыми оболочками в качестве объектов исследования >бъясняется как заинтересованностью экспериментаторов в интерпретации [едавно полученных результатов, так и тем обстоятельством, что эти системы лужат отличным инструментом для проверки возможностей теоретических гетодов описания электронных корреляций. Из-за размытости электронного блака и возможности образования квазисвязанных состояний (резонансов) при ютопереходах из внутренних оболочек в вакантные состояния, фотоотрыву от них рисухца особая роль коллективных эффектов.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. Дано описание элементарной )изической природы эффектов, ответственных за многочастичный характер проблем, вязанных с отрицательными ионами: поляризуемости, поляризации, релаксации. В риложение вынесены два параграфа, где изложена теория и дана классификация езонансов, а также рассмотрена одна из характеристических черт процесса ютоотрыва - пороговое поведение сечений.

Динамические характеристики фотопроцессов отражают тот факт, что отклик томной системы на внешнее электромагнитное поле является коллективным, лектромагнитное поле воздействует не только непосредственно на определенный эектрон, вызывая его переход в континуум, но и на все остальные, вызывая их тртуалытыс возбуждения. Этот эффект - динамическая поляризация атомных эолочек внешним полем (поляризуемость) - с хорошей степенью точности штывается в КРАЕ. В этом приближении обычно проявляет себя интерференция ежду прямым процессом фотоионизации (отрыва) и фотоионизацией через

возбуждения других электронов в той же или соседних оболочках. Если возмои возбуждение в связанное или квазисвязанное состояние, интерференциош картина будет особенно яркой. В спектрах ОИ отсутствуют, как прави дискретные дипольные переходы, однако в открытых оболочках мо: формироваться квазисвязанные состояния - резонансы формы (shape-pe30Haiici которые распадаются в собственный континуум и проявляются как резкие пию парциальных сечениях фотоотрыва, или резонансы Фешбаха, обнаруживают себя в результате интерференции в виде профилей Фано. Взаимодействия меж резонансами и прямыми фотопереходами, межоболочечные корреляции, привод к резкому отличию картины фотоотрыва от того, что можно было бы ожидат исходя из модели независимых электронов.

Структура ОИ и характер процессов фотоотрыва во многом определяют поляризацией нейтрального атомного остова дополнительным электроном. Д рассмотрения влияния деформации атома (или иопа-остатка) электроно двигающимся в его поле, на его собственную волновую функцию вводит поляризационный потенциал. На больших расстояниях от ядра он имеет хорои известную асимптотику Vp ~-<х/2г4 (а дипольная поляризуемость остова). Но д

описания реального взаимодействия электрона с остовом необходимо учитыва его динамический характер. Эта задача в работе решается с помощью метод МВРТ.

При изучении фотоотрыва из впутренних оболочек релаксация атомного осто; - один из определяющих факторов, воздействующих на движение фотоэлектрои Возникновение вакансии вызывает деформацию электронного облака, т; называемую "перестройку", с "проседанием" внешних электронных орби Статическая релаксация может быть рассмотрена без дополнительных усложнен! алгоритмов вычислительных программ, в частности в рамках GRPAE [1], но эт( подход не свободен от погрешностей, присущих "sudden" приближению, и час приводит к переоценке роли перестройки остова. Для учета динамичесю релаксационных корреляций, сопровождающих распространение фотоэлектро!

[1ри радиационном распаде ОИ, в работе с учетом специфики решаемых задач )азвит собственный метод.

Во второй главе представлена новая версия DEM, позволяющая строить основное состояние атомной системы с учетом многочастичных корреляций и описывать влияние динамической поляризации на конечное состояние процесса фотоотрыва. Рассматриваются теоретические основы метода, техника построения собственно-энергетической части одночастичной функции Грина, входящей в ядро уравнения Цайсона, принципа нахождения DEM-волновых функций и энергий всякого электронного состояния в атомной системе как задачи на собственные вектор и значение. Получены выражения для эффективных амплитуд дипольных фотопереходов с учетом поляризационных поправок.

Для сведения задачи описания взаимодействия электрона с многоэлектронным itomom к квазиодночастичной задаче вводят, так называемый, оптический потенциал. В рамках формализма МВРТ, пользуясь уравнением Дайсона и федставлением одночастичной фупкции Грина через собственные функции {q>v\ гамильтониана нулевого приближения Н"'\ получаем для волновой функции свазичастацы:

ф(Г) = Фй(Г) + ££(Я',г-ЖР) . (1)

Это уравнение описывает движение электрона в поле, определяемом нулевым фиближением и добавочным нелокальным энергетически-зависимым ютенциалом 2, полностью включающим в себя корреляционное взаимодействие шектрона с остовом. Взяв в качестве пулевого приближение Хартри-Фока (HF), мы с :амого начала учтем весьма важное для низкоэнергетических электронов обменное 1заимодействие. Тагам образом, задача нахождения волновой функции, [вляющейся решением уравнения Шредингера с гамильтонианом, содержащим »птический потенциал О (г,г') = Hm(rj') + £-(?/'), сводится к рассмотрению [еприводимой собственно-энергетической части Е одночастичной функции Грина. )на, в свою очередь, может быть построена, следуя Хаббарду, как диаграммный 'ЯД теории возмущений. Введению ab initio динамического поляризационного

потенциала отвечает вычисление Е во втором порядке теории возмущений по межэлекгронному взаимодействию:

—Щ-Ш'Ш'Ш <2)

(с возможностью дополнительного учета наиболее значимых членов ряда более высоких порядков, например в ЯШРАЕ [1])- Следующий естественный шаг -итерировать учет корреляций, описываемых неприводимой собственно-энергетической частью 2, т.е. перейти к бесконечному порядку теории возмущений. В развиваемом подходе это реализуется путем решения аналога уравнения Дайсона - уравнения для фг в дифференциальной форме:

Я<°Уе(Г) + .[2е(г,?')^= Е&(Г) , (3)

или при построении приводимой собственно-энергетической части £ одночастичной функции Грина, удовлетворяющей интегральному уравнению:

/ г-1 \ ,, I %

(4а) € ~ £ V

в диаграммном представлении:

41ф41 = , , »^р (4Ь)

Для нахождения волновых функций основного состояния атомной системы (в частности, отрицательного иона) решение уравнения Дайсона (3) удобно проводить не в координатном представлении, а в представлении собственных функций {<ру} № гамильтониана нулевого приближеши II'"'. Волновая функция

квазичасгацы, описывающей состояние некоторого электрона в ионе, может быть разложена по этому полному ортонормировашюму набору: ф~(г) = /с^Дг) (здесь и

далее, | подразумевает суммирование и интегрирование по всему спектру

ег

состояний, занятых и свободных (у>1;)). Задача определения коэффициентов разложения может быть сведена к задаче нахождения спектра матрицы е, + {е, и построения собственного вектора, отвечающего определенному

(занимающему определешюе положение в дискретном спектре) собственному

значению Е. Собственно-энергетическая матрица во втором порядке определяется уравнением (2). Разработанная модификация метода для уточнения волновых функций внутренних оболочек позволяет включить в нее также блоки хартри-фоковского типа. Это необходимо для описания взаимодействия с паружным электроном отрицательного иона (в состоянии еД в случае когда он сам может быть связан лишь за счет корреляций, вводимых ОЕМ, но не № потенциалом притяжения. Тогда кулоновское взаимодействие конфигурации нулевого приближения с дополнительным электроном не описывается Ш гамильтонианом Я(0), но учитывается при построении матрицы добавлением кулоновских матричных элементов В БР версии разложепие фЕ проводится по подсистеме полной

ортонормированпой системы {<?,(- включающей лишь волновые функции

состояний с той же, что и у рассматриваемого электрона, проекцией спина (также эбладающей свойством полноты) и исключаются обменные диаграммы, если они зтвечают изменению спина в результате кулоновского взаимодействия.

Учет влияния поляризационного потенциала на вылетающий фотоэлектрон фоводится при вычислении эффективной амплитуды дипольного фотоперехода:

(НА|Г> =

l+i7c(s\Zc\e)

(5)

Ьдчеркнем, корреляционные поправки здесь включены, как в описание начального о стояния (волновая функция |Г) - ретенне уравнения Дайсона), так и в описание онечного состояния фотоэлеюрона, хотя собственно уточненная волновая функция ля вылетающего электрона не строится.

Третья глава посвящена изучению отрицательного иона He"(1s2s2pV0).

Даже описание основного состояния системы - комплексная многочастичная роблема, которая, однако, решается с помощью предлагаемого подхода, ычислены энергии связи 2р- и 25-электронов: 0.080 еКи 1.075 eV, соответственно ксперимент: 0.78 eV и 1.222 eF). (He)-EMJ(He 23P°) = -U7eV. Впервые в шках МВРТ рассматривалась задача уточнения волновой функции внутреннего >-электрона, в связи с чем был модифицирован DEM (см. выше), а также юанализированы различные возможности выбора исходного базиса.Обнаружено,

энергия (ротона е\/

Рис.1. Сечение 2р-фотоотрыва от Не" \s2s2p (4Р°) (г-калибровка). Расчет! выполнены с учетом псшяризациоппого потенциала (Е). Эксперимеитальны данные {РЬуэ.Ксу. А 23 59) приведены только для энергий пе превышающи

энергия фотона. oV

Рис.2. Параметры угловой анизотропии фотоэлектронов для 2р Не" (4Р°). Пунктирные и сплошные линии - результаты расчетов в HF приближении и с учетом поляризационного потенциала (Б), соответственно. Экспериментальные данные: J.Phys.B 23 L15.

Рис.3. Сечение 2я-фотоотрыва от Не* \s2s2p (4Р°): Не~СР)+со Не(23Р) + е'{ср) V. Расчеты выполнены с подправленной DEM 2У-волповой функцией и экспериментальным значением энергии связи Е21 = 1.222 еК и включают влияние поляризационного потенциала на вылетающий электрон. Пунктирная линия -результат в IIF приближении. Эксперимент: Phys.Rev.k 50 2257.

0.02 ОП* 0П6 ШН П.Ш

энергия фотоэлектрона, еУ

Рпс.4. Фазы 4Р рассеяния ер-фотоэлектрона. Фазовый сдвиг (сплошная

кривая) представляется как сумма НБ фазового сдвига £/""(£) (пунктирная кривая) и добавки к фазе Д<У,(е), связанной с рассеяпием на поляризационном потенциале (2): 3,(е) =3,н,г(е) + А31(е). Поведение 5,(е) демонстрирует существование "Шр2" (4РС) зЬаре-рсзоналса при энергии фотоэлектрона £г„.

что влияние поляризационных эффектов на процесс фотоотрыва из наружной 2р оболочки существенно. Сечения 2р-фотоотрыва и значения параметра угловой анизотропии р2р (рис. 1,2) при учете поляризационного потенциала хорошо

согласуются с имеющимися экспериментальными данными и результатами других расчетов. Некоторое усложнение метода было связано с незамкнутостыо р-оболочки и необходимостью рассматривать определенные классы диаграмм высших порядков, представляющие члены ряда теории возмущений, вносящие значительный вклад в собственно-энергетическую часть Е, с учетом значения терма системы.

Воздействие динамической поляризации остова на фотоэлектрон оказалось критическим для отрыва из 2б оболочки в канал 2в->Ер (4Р), где формируется "152р2" (4Ре) резонанс формы (рис.3). Анализировались и релаксационные поправки, но на основании рассмотрения поведения электронов в Ш7 резонансной 1б2р2 (4Р) и перестроенной 1б2р конфигурациях сделан вывод об их малости по сравнению с поляризационными. Сечение 2з-фотоотрыва в рамках ВЕМ обнаруживает очень резкий резонансный пик, расположенный непосредственно за 23Р порогом -1.233 еУ). Максимальное значение сечения, лучше чем в других теоретических расчетах, согласуется с экспериментальной величиной, хотя и несколько меньше ее. Близлежащий резонанс формы оказывает сильное влияние на пороговое поведение сечения, в соответствии с модифицированным законом Вигнера, и проявляется в энергетической зависимости фазы рассеяния р-элекгрона (рис.4).

Подчеркнем, что ввиду слабости 2б->ср (4Я) ц (4В) каналов, межоболочечное взаимодействие (КРАЕ), которое возможно лишь между этими фотопереходами и соответствующими каналами 2р-фотоотрыва, в данной задаче является пренебрежимым эффектом.

В четвертой главе предлагается новый метод теории многих тел для одновременного учета динамического поляризационного потенциала, возникающего в системе "остов + электрон", динамической релаксации (экранировки) и корреляций, описываемых ЯРАЕ. Приведены основные идеи алгоритма реализующих его программ.

Была поставлена задача - разработать метод одновременного учета коллективных эффектов, которые обсуждались в гл.1. Учет роли динамической

юляризации сводится к квазиодночастичной задаче с помощью DEM, [рсдстаплснпого в гл.Н как метод для введения поляризационного потенциала при юстроении начального и конечного состояний фотоэлектрона. Для включения в гассмотрение поляризуемости атомной системы, требуется также объединить этот годход с уже зарекомендовавшим себя методом RPAE. Принципиальная проблема щя такого объединения - встраивание корреляционных поправок, учитываемых в DEM как собственно-энергетическая часть X, в описание промежутотшых щртуальпых состояний.

Для учета воздействия динамического поляризационного потенциала на ¡аспространяющийся в поле остова электрон необходимо построить эффективные (мгаппуды, содержащие собственно-энергетическую часть £ (в низшем порядке еории возмущений - уравнение (2)). Эффективные фотоамплитуды:

<*|4Г> =

= (6а)

1 = Г*1

[политически записываемые в виде (ср. (4),(5)):

f(

e|A|/) = (eM?)+ipJ-

ЫФ) + 1Р J-7T7;-

(6b)

голжны быть вычислены как на "энергетической поверхности", так и вне ее, юскольку состояние с1 не предполагается конечным (выполнение закона ¡охранения энергии е = е0 не подразумевается), и е0 = со+ е, - энергетический

параметр (ю -энергия фотона, ех - энергия начального состояния в канале, для которого рассматривается воздействие поляризации).

Точно также следует рассмотреть поляризационные поправки к кулоновским матричным элементам. Однако, поскольку мы стартуем с КРАЕ, приближения рассматривающего многократные взаимодействия типа "две частицы - две дырки", мы ограничиваем интегрирование по е' в выражении для эффективных кулоиовских амплитуд аналогичном (6Ь), возбужденными состояниями.

Эффективные амплитуды О^ и иСя подставляются в уравнения КРАЕ вместо одночастичных дипольной <1 и кулоновской и. Теперь, решив соответствующую систему уравнений, мы получим амплшуды динольных переходов, найденные с учетом не только внутри- и межоболочечного взаимодействия, но и с учетом воздействия динамической поляризации остова на электрон в промежуточных и конечных состояниях. Уточненные уравнения КРАЕ принимают вид:

Поскольку под волновыми функциями основного состояния в общем случае предполагаются решения уравнения Дайсона (3), можно считать что £-блоки вставлены и в частичные линии.

Для учета эффектов динамической релаксации атомного остова после удаления фотоэлектрона необходимо ввести в рассмотрение еще один тип диаграмм, являющихся частью массового оператора, входящего в ядро уравнения Дайсона. Мы

¡троим матрицу экраиировочного взаимодействия (s'lrjs'}. Реализуя подход DEM, юобходимо учесть соответствующие диаграммы повторешгыми многократно. Для >того решается уравнение для амплитуд эффективного (экранированного

сулоновского) взаимодействия между электроном и дыркой:

£' s" —)-г-Э-

— i —5—

— 1 —«—

+

(J

(9)

^Сумируется бесконечный ряд теории возмущений, аналогично (4), лишь с тем этличием, что ряд - знакопеременный.)

Поясним значение понятия "экранировка" в данном контексте. Первая шаграмма в правой части (9) (заключенная в скобки) автоматически включается в вычисления в рамках RPAE, если только волновые функции фотоэлетрона насчитываются в приближении заморожетюго остова ("frozen core") - в поле иона : дыркой i [1]. Этим учитывается ее поле, весь ряд, описывающий многократное •сулоновское взаимодействие. Встраивание блоков экранировочного взаимодействия означает учет факта, что поле дырки ослабляется, динамически экранируется при изменении состояния других электронов остова. Помня, что эелаксация наиболее ярко проявляется при фотоотрыве из внутренней оболочки

;0, заметим, что наиболее важно рассмотреть возбуждения наружного электрона /->*.

В уравнении (9) отсутствуют обменные члены, поскольку далее эассматриваются лишь задачи, в которых i и j - близлежаишие соседние SP эболочки, содержащие электроны с противоположно направленными спинами. В этом случае достаточно включить в рассмотрение только прямые диаграммы, эписывающие монопольные возбуждения наружного электрона. Отметим также, что, благодаря специальному выбору набора волновых функций для перехода /~>к, можно учесть взаимодействие частичной и дырочной линий петли с

вакансией i, а также члены ряда "time-forward", отвечающие частично-дырочным взаимодействиям j-k, содержащие диагональные кулоновские интегралы нулевой мультипольности, значительные по величине.

Включение в рассмотрение динамических поляризационных и релаксационных поправок легко объединить. Эта процедура сводится к решению следующего уравнения для неприводимой собственно-энергетической части

(10)

Далее, с ней вычисляются эффективные дипольные и кулоновские амплитуды на и вне "энергетической поверности", которые подставляются в уравнения RPAE. В результате, например, прямые "lime-forward" диаграммы можно представить в виде:

^ i м^ iMftek

по

i И i 1 i Ч4.

(наружная

оболочка) 1 : 1

(внутренняя i оболочка)

Каждый блок между любыми двумя вертикальными пунктирами может быть пропущен или повторен, так что процесс фотоотрыва сопровождается повторяющимися поляризационным взаимодействием электрона с остовом (блоки Е), экранированным взаимодествием с вакансиями, чередующимися с возбуждениями виргуальных электрон-дырочных пар.

SP версия метода основывается на объединении идей SPRPAE и SPDEM.

В пятой главе описываются процессы фотоотрыва от ионов с открытыми р-оболочками В" (1s22s22pJ 3Р) и С' (1s22s22p3 4S).

Задача характеризуется принципиальной необходимостью одновременного учета всех названных выше коллективных эффектов. Для демонстрации этого подчеркивается несоответствие экспериментальных свидетельств и предсказаний в рамках SPRPAE.

В рамках DEM найдены энергии сродства атомов бора (0.273 eV) и углерода (1.36 eV) весьма близкие к экспериментальным (0.28 с У и 1.26 eV, соответственно).

Особенности фотоотрыва от В* и С" определяются совместным влиянием юрреляций разной природы. Взаимодействие между прямыми фотопереходами тружного электрона в континуум и переходами из внутренней э-оболочки в >акантные квазисвязанные р-состояния сопровождается формированием \vindow-¡езонансов, и БРИРАЕ дает правильную качественную картину. Однако формирующаяся в полных БРЯРАЕ-сечешгах "тттитЧо-тахлтат" структура ¡казалась слишком резка по сравнешпо с экспериментальной для В" и не тблюдалась вовсе в соответствующем диапазоне энергий спектра фотоабсорбции I)". Применение нового метода (ЙР версии и ее модификации, разработанной в :вязи с незамкнутостью р-оболочки В"), позволившее наряду с корреляциями 1РАЕ включить в рассмотрение релаксацию атомного остова и юляризационнппые поправки, выявило исключительную важность всех соллективных эффектов. Многочастичные поправки вводились последовательно, IX проявления и роль анализировались. Продемонстрирован критический характер шияния релаксации на интерференционную картину, возникающую в сечении в результате корреляций двух наружных оболочек. Резонансы формы в р-сонгинуумах сглаживаются и смещаются в область больших энергий, что меняет сарактер доминирующего межканального взаимодействия с б-коитинуумами.

Определяющим в формировании спектра фотопоглощения В" является «аимодействие 2р->нб (3В) перехода с (3В) БЬаре-резонансом, для

адекватного описания которого требуется введение всех названных коллективных юправок. Рассчитанный резонансный профиль (¿аг„ - 4.35 + 007 еУ, Г = 0.82 еУ) «орошо согласуетя с экспериментом (рис.5,6).

Благодаря введению дополнительных многочастичных поправок С" '^Б^р4 Ларе-резонанс смещается далеко в область больших энергий и ширина его шачительно возрастает по сравнению с БРИ-РАЕ расчетом. Воздействие на прямые |ютопереходы р-элекгрона в континуум ослабевает настолько, что пик в полном :счении (с максимумом при 6.6 еУ) формируется, главным образом, за счет резонансного вклада 2б—>ер перехода. Аппроксимация к модифищфованному 5акону порогового поведения Вигнера дает сот = 6.4 еУ, г = 1.1ег. Такое

j Л

ы.ешгг, ¿-огона еУ

Рис-5. Полное егчгнне фэтоотрыза о? В" ...2тч-2Ь'Т~('?) (в г- и V-формах).

1,2 - з pa.Mi.ax Г:РАЕ: 3,4 - расчет представляемым методом.

Приведены тезикс парциальные вклады (5,6), вносимые переходеаи ; изйгшяшзыи

сгилмстркц саэтяим и ... . . ••

'«й^»« е-' c.'MSïCi

2 '5 3 0 л 5 ¡i ') ¿ 3 п -.-üicifj i! фогоиа, ùV

SC ai

Рис.6. Фотопэгяошгкяг В": -ss-cnepiiimrr Les ci al 1995 Pkys.Rev. A 51 4284. iLrbveiistn er ai 1995 Pkys.Rev. A 52 2847 и теория (метод К-иатрицы -Rarmbottoai and Bell 19?5 J.Pitys.B 28 450i и прсдстазлзсиьш результат).

17?J5 6?S9t311 энергия фотона, eV

* - ягакримсяг

Кае lifer i'.» ul (1995)

О-—-' ' ■ ■ ■ ' ' ■ ' ' ' ■ ■ ' ■ ■ ■ ......, , i I . ■ i

52 S3 54 55 56 57 5.9 53 60 61 энергия фотона, eV

Рис. 7. Фотопоглощение С.

Л - Иатшиальные вклсщ ы (в r-форме) и полное сечение фотоотрыва, вычисленные с учетом межканалъного вза£тмодействия, динамических поляризашпт и релаксации. Экс пер име i it алыт ые дашые: S'eman and ВгапзсотЪ 1962 Phys.Rev 123 2027 и Hacffler et ей 1996 J.Pkys.B 29 3017 (кружки и точки, соответственно).

Л - ГТрсдставлясмый результат и экспериментальные точки (смещенные на величину абсолютной неопределенности +3 Mb, приписываемую результатам з работе Haefflcr et а! (1996).

положение пика не противоречит, в отличие от RPAE результата, экспериментальным свидетельствам (рис.7).

В заключении сформулированы основные результаты диссертации:

Исследована роль многочастичных эффектов в процессах фотоотрыва от систем с присущим им сильным корреляционным взаимодействием - ОИ с открытыми оболочками. Особое внимание уделено резонансным особенностям. Развит новый метод, в рамках теории многих тел (используя приближение Хартри-Фока в качестве нулевого, расширяя возможности метода, основанного на применении уравнения Дайсона, объединяя его с RPAE и методами многочастичной теории возмущений) позволяющий:

• описывать основное состояние отрицательного иона - находить одночастичные и полную энергии, волновые функции - с учетом корреляционного взаимодействия в многоэлекгронной системе;

• вычислять характеристики фотоотрыва (полное и парциальные сечения, параметры анизотропии углового распределения фотоэлектронов, фазовые сдвиги) с включением в рассмотрение внутри- и межоболочечного взаимодействия (поляризуемости), динамической поляризации остова вылетающим электроном, релаксации атома-остатка.

Представлены конкретные результаты для ионов Не", В", С":

• Уточнена рассчитываемая в рамках DEM энергетическая структура иона Не" (Is2s2p 4Р). Получено сечение фотоотрыва 2р электрона и продемонстрировано большое влияние поляризационного взаимодействия в конечном состоянии. Впервые методами МВР'Г изучен фотоотрыв из внутренней оболочки. Показано, что динамическое поляризационное взаимодействие практически полностью ответственно за существоание резонанса формы "ls2p2" (4РС), проявляющегося как острый пик в сечении фотоотрыва 2s электрона от Не". Метод позволил продемонстрировать резонансный характер фазового сдвига и порогового поведения. Достигнуто удовлетворительное согласие с экспериментальными данными.

» Изучены процессы фотоотрыва из двух наружных подоболочек отрицательных ионов В" (,..2$22р2 3Р), С~ (,..2522р3 "Б), основной особенностью которых является проявление взаимодействия между прямыми фотопереходами р-электропов в континуумы и переходами 2я электрона в квази-связанное р-состояние (резонанс формы). Оказалось, что хотя в рамках ИРАЕ можно сделать некоторые качественные заключения относительно интерференционных свойств в парциальных сечениях фотоотрыва (появлении штскт-струкгуры), для адекватного описания интерференционных и резонансных профилей необходимо должным образом учесть все названные выше коллективные эффекты. Параметры резонансов, наблюдаемых в спектрах фотоабсорбции изучаемых ионов оказались очень чувствительными к введению поправок, соответствующих релаксации. Проведено сравнение с другими теоретическими предсказаниями и результатами экспериментов. Применение нового метода позволило разрешить противоречия с экпериментальными данными, интерпретировать их, причем в случае иона С" можно говорить о стимуляции дальнейших экспериментальных исследовашгй в УЦУ области.

3 работе решен ряд сопутствующих задач. Так, в связи с применением метода к :истемам с оболочкой, заполненной менее чем наполовину (незамкнутой спип-юляризованной оболочкой), проведено его усложнение, сведенное к учету •сометрических (зависящих от полного углового момента) коэффициентов. Усматривалась проблема выбора оптимального базиса для построения ряда теории возмущений. Анализировался вклад различных диаграмм высших порядков I важнейшие из них вне стандартного подхода учитывались специальными фиемами.

Таким образом, многочастичные эффекты весьма важны в фотоотрыве от ОИ, кобенно при наличии резонансных процессов. Конкретные примеры, Осуждаемые в диссертации - яркая демонстрация этого. Методы МВРТ, и в гастпости, развитый в работе подход, зарекомендовали себя как достаточно мощный инструмент для изучения систем с присущим им сильным

корреляционным взаимодействием. Это позволяет надеяться на получение прецизионных результатов для других ОИ (метод уже применялся к изучению фототрыва от иона Сг\ в связи с чем была развита его SP версия). Модификация DEM сделала возможным, в частности, изучение фотоотрыва из внуфенних оболочек, для рассмотрения более глубоких орбиталей необходим лишь рост вычислительных ресурсов. Планируется дальнейшее развитие предложенного метода, в частности следующий важный шаг - его самосогласование путем включения диаграмм, содержащих "free-free" (свободно-свободные) переходы, теория и техника расчетов которых сейчас развивается. Желательно применение подхода для описания взаимодействия электромагнитного поля с другими атомными системами.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Амусья М.Я. Атомный фотоэффект. - М.: Наука 1987. - 272 с.

2. Gribakin G.F., Gribakina A. A., Gul'tsev B.V., Ivanov V.K. Correlational autodetachment of the low-lying shape resonances in C-, Si-, and Ge- photodetachment. - J.Phys.B,. 1988, v.21, p. 1757-1772.

3. Chernysheva L.V., Gribakin G.F., Ivanov V.K. Kuchiev M.Yu. Many-body cflculation of negative ions using the Dyson equation. - J.Phys.B,.1988, v.21, p.L419-L425.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu., Gribakin G.F., Gribakina A.A 2s,2p photodetachment from the He" (V) negative ion within the Dyson Equation method. - J.Phys.B, 1996, v.29, p.2669-2687.

2. Kashenock G.Yu., Ivanov V.K. Collective effects in B" photodetachment. - J.Phys.B, 1997, v.30, p.4235-4253.

3. Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Near-threshold shape resonance in Cr" outer-shell photodetachment. - J.Phys.B, 1996, v.29, p.L313-L319.

4. Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. The evidence of giant "3p53d64s2" resonances in Cr' photodetachment. - J.Phys.B, 1997, v.30, p.239-247.

5. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu. Autodetachment resonances in photoabsorption of He" and B" ions. -In: The 5th International Workshop "Autoionization Phenomena in Atoms" (AIS-95). Dubna, 1995. Invited talks. - M.: Moscow University Press, 1996. - p.35-39.

6. Kashenock G.Yu., Ivanov V.K. Many-body theory for negative ion photoionization.- In: Invited papers in The International Workshop on Photoionization (Chester, 1997). - p.42.

7. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu. New many-body calculations of the C" photodetachment. - In: XX. ICPEAC (Vienna, 1997) Scientific Program and Abstract of Contributed Papers/ Ed. F.Aumayr, G.Betz and HP.Winter. - p.WE 049

. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu., Gribakin G.F. Calculations of the He"(4P°) photodetachment by the Dyson equation method. - In: The 5th ECAMP. Contributed papers (Edinburgh, 1996)/ Ed. R.C.Thompson - Part 1, p.337.

. Ivanov V.K., Krukovskaya L P., Kashenock G.Yu. Calculation of photodetachment from Cr" using the Dyson equation method". - In: The 19th ICPEAC. Scientific Program and Abstracts of Contributed Papers (Whistler, 1995)/ Ed. J.B.A.Mitchell, J.W.McConkey and C.E.Brion. - p.101.

0. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu., Gribakin G.F., Gribakina A.A Photodetachment of 2s and 2p electrons from He"(4P°) negative ion. - In: The 19th ICPEAC. Scientific Program and Abstracts of Contributed Papers (Whistler, 1995)/Ed. J.B.A.Mitchell, J.W.McConkey and C.E.Brion. - p. 102.

1. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu., Gribakin A. A., Gribakina G.F. 2s,2p photodetachment from He"(4P°) negative ion. - In: The 11th International Conference on Vacuum Ultraviolet Physics (VUV-XI). Program and Abstracts (Rikkyo Universityl995). - p.Th IV4.

2. Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Photodetachment from Cr" within the Dyson equation method. - In: The 11th International Conference on Vacuum Ultraviolet Physics (VUV-XI). Program and Abstracts (Rikkyo Universityl995). - p.Th IV4.

Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Resonance structure in photodetachment of Cr" negative ion. - In: The 5th AIS-95. Abstracts& -Moscow University Press, 1995. - p. 12.

I. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu. Autodetachment resonances in photoabsorption of He" and B" ions. -In: The 5th AIS-95. Abstracts& -Moscow University Press, 1995. - p. 13.

5. Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Resonance structure in photodetachment of Cr" negative ion. - In: The 5th International Workshop "Autoionization Phenomena in Atoms" (AIS-95). Dubna, 1995. Invited talks. -M.: Moscow University Press, 1996. - p.30-34.

5. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu. Screening and polarization effects in B" photodetachment. - In: The 28th EGAS Conference. Abstracts. (Graz, 1996). - p.356-357.

7. Ivanov V.K., Kashenock G.Yu. Collective effects in B" photodetachment. - In: PEC AM II (Belfast 1996)/ Ed. Queen's University Belfast. - p.85 (N46).

i. Ivanov V.K., Krukovskaya LP., Kashenock G.Yu. Photodetachment from Cr. - In: PECAM II (Belfastl996)/ Ed. Queen's University Belfast. - p.86 (N47).

). Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Photodetachment from the outer and inner subshells in B" and Cr"". 17th X-96. (Hamburg, 1996). - p.125.

). Ivanov V.K., Krukovskaya L.P., Kashenock G.Yu. Autodetachment "3p53d64s2" resonances in Cr' photoabsorption. - In: XX. ICPEAC (Vienna, 1997) Scientific Program and Abstract of Contributed Papers/ Ed. F. Aumayr, G.Betz and HP .Winter. - p.WE 050.