Многоэлектронные ОЖЕ-эффекты в атомах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

ВВВДЕНИЕ.•.

I. СДВОЕННЫЙ ОЖЕ-ЭФФЕКТ.

1.1. Основные соотношения.

1.2. Амплитуда сдвоенного Оже-эффекта в приближении

13 -связи.

1.3. Энергия Оже-электрона.

1.4. Приближенные формулы для. вероятности сдвоенного Оже-эффекта.

1.5. Выбор волновых функций.

1.6. Результаты вычислений. ^.

П. "УГЛУБЛЕНИЕ" И "ВСТРМЮЕ ДВИЖЕНИЕ" ВАКАНСИЙ В

СДВОЕННЫХ ОЖЕ-ПЕРЕХОДАХ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. "Углубление" вакансии.

2.3. "Встречное движение" вакансии.

2.4. Зависимость вероятности сдвоенного Оже-эффекта от степени ионизации внешних оболочек.

Ш. ДВОЙНОЙ И ДВУХЭЛЕКТРОННЫЙ ОЖЕ-ЭФФЕКТЫ.

3.1. Введение.

3.2. Амплитуда и вероятность двойного Оже-распада

3.3. Приближенные формулы.

3.4. Двойной Оже-распад -вакансии в неоне.

3.5. Двухэлектронные Оже-переходы в неоне.

Различные физические процессы - взаимодействие электромагнитного поля с веществом, столкновение заряженных частиц с атомами, девозбуждение ядер - приводят к образованию вакансий в атомных оболочках. Последующее заполнение этих вакансий электронами наружных оболочек сопровождается выделением энергии, которая либо излучается в виде квантов света, либо за счет межэлектронного взаимодействия передается одному или нескольким электронам, что приводит к их возбуждению или удалению из атома. В последнем случае процесс получил название эффекта Оже. Энергия удаляемого электрона (Оже-электрона) определяется положением уровней, на которых находятся начальные и конечные вакансии. Поэтому электронные Оже-спектры строго характерны для данного атома или иона и содержат богатую информацию об их электронной структуре и о переходах между электронными уровнями.

В прикладных задачах Оже-спектроскопия широко используется в диагностических целях, позволяя определять химический состав веществ. В частности, в последнее время она становится одним из основных методов химического анализа поверхности твердого тела и выяснения особенностей ее электронного строения.

Изучение спектральных характеристик многозарядных ионов имеет важное значение для астрофизических и лабораторных исследований плазмы. Весьма важно изучение Оже-процессов в физике твердого тела, где Оже-эффекты ответственны за появление электронов в зоне проводимости, и в нелинейной оптике, когда при исследовании оптического пробоя газов важно знать, откуда появились первичные, называемые затравочными, электроны. Затруднительна, а иногда и невозможна правильная интерпретация оптических спектров без учета происходящих в атомах Оже-распадов. Поэтому теоретическое изучение Оже-процессов представляет несомненный интерес.

В подавляющем большинстве случаев при одиночном Оже-распаде вакансии из атома удаляется только один электрон. Поэтому до последнего времени основное внимание уделялось изучению именно такого Оже-процесса, в котором принимают участие два электрона - совершавдий переход и удаляемый. Этот процесс будем называть "обычным Оже-распадом". Существует ряд монографий и обзоров, посвященных его исследованию Однако, сравнительно недавно были обнаружены совершенно новые типы Оже-переходов, в которых принимают участие более двух электронов атома - трех-электронный,или сдвоенный Оже-эффект [б] и двойной Оже-эффект [7]. В результате этих переходов в электронных спектрах появляются новые группы линий, для правильной интерпретации которых следует проводить теоретические расчеты.

Настоящая работа посвящена теоретическому изучению названных многоэлектронных Оже-процессов. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе исследованы некоторые корреляционные процессы £ атомах с заполненными оболочками - сдвоенный, или треэлектронный Оже-распад, двойной и двухэлектронный Оже-эффекты. Для вычисления вероятностей исследуемых переходов был применен аппарат квантовой теории многих тел с использованием диаграммной техники Фейнмана и графического метода квантовой теории углового момента. В качестве исходного использовано приближение Хартри-Фока - наилучшего из существующих одно-электронных приближений.

В низшем отличном от нуля порядке теории возмущений по межэлектронному взаимодействию, в приближении ^ -связи получены выражения, позволяющие проводить расчеты вероятностей сдвоенных, двойных и двухэлектронных Оже-переходов между состояниями, содержащими вакансии в произвольных подобо-лочках. Для них установлены правила отбора.

В работе получен ряд приближенных формул, позволяющих достаточно просто оценивать вероятности исследуемых переходов, а также выяснять физическую картину происходящих распадов.

Исследуется зависимость вероятности сдвоенных Оже-переходов от электронной конфигурации и терма начального иона, имеющего дополнительные вакансии во внешних оболочках. В случае распада Ъ -вакансий получена аналитическая форма этой зависимости, качественно совпадающая с экспериментальными данными.

Разработан алгоритм и составлена програша, с помощью которой выполнены расчеты вероятностей ряда многоэлектронных Оже--переходов в атомах и Кг .

На основе проведенных вычислений показана возможность обнаружения в электронных спектрах ряда новых линий, обусловленных сдвоенными Оже-переходами с "углублением" и "встречным движением" вакансий. Вероятности таких распадов эв) значительно больше вероятностей ранее обнаруженных сдвоенных Оже-переходов со "всплыванием" вакансий эв), а их энергии, напротив, гораздо меньше. Экспериментальное подтверждение существования указанных линий представляло бы несомненный интерес с точки зрения идентификации и расшифровки электронных спектров.

Изучены некоторые каналы двойного и двухэлектронного Оже--распадов ^ -вакансии в атоме Ые . Построен энергетический спектр электронов, излучаемых при двойном Оже-распаде

-дырки. Оказалось, что при невозможности каскадного механизма перехода, наиболее вероятным является такое распределение энергии распада между двумя Оже-электронами, что один из них уносит большую ее часть, а другой - довольно медленный. При этом основной вклад в вероятность процесса дает механизм "встряски". Вероятности изученных двухэлектронных переходов довольно малы и имеют значения того же порядка (эв), что и сдвоенные Оже-переходы со "всплыванием" вакансий.

Вычислены энергии излучаемых Оже-электронов в одночастич-ном приближении, а также с учетом взаимодействия начальных и конечных вакансий в первом порядке теории возмущений. Раскрыты и обсуждаются механизмы этих переходов.

Разработанная в диссертации методика и программа позволяют, наряду с рассмотренными многоэлектронными Оже-эффектами, приступить к изучению других процессов, таких как распад автоионизационных состояний с излучением двух электронов, неупруroe рассеяние электрона на ионе, сопровождаемое дополнительной ионизацией, ионизация возбужденного состояния атома электронным ударом и других.

Дальнейшее изучение многоэлектронных Оже-эффектов представляет интерес как в целях получения численных характеристик переходов в различных атомах и использования их в прикладных задачах, так и с точки зрения дальнейшего развития теории. Б частности, заслуживает особого внимания изучение резонансного механизма сдвоенных Оже-распадов, когда вероятность корреляционных переходов может оказаться довольно большой, сравнимой по величине с вероятностями обычных Оже-распадов. Другим эффектом, учет которого особенно важен, когда в результате перехода излучается медленный электрон, является перестройка электронных оболочек. Перенесение развитой в настоящей работе методики на атомы с полузаполненными оболочками существенно расширило бы число исследуемых объектов. Несомненный интерес представляет проведение подобных расчетов в более сложных системах, таких как молекулы и твердые тела.

В заключение автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю, доктору физико-математических наук, старшему научному сотруднику ЛФТИ АН СССР. им. А.Ф.Иоффе М.Я.Амусье, а также доценту Томского политехнического института к.ф.-м.н. И.С.Ли и сотруднику • О.В.Ли за многочисленные дискуссии и обсуждение результатов, ст.н.с. ЛНИВЦ АН СССР, к.ф.-м.н. Л.В.Чернышевой за помощь в проведении расчетов.

1. Париже Э.С. Эффект Оже.- Ташкент: ФАН, 1969. - 210 с.

2. Burshop E.H.S. The Auger effect and other radiationless transitions.-Cambridge,University Press, 1952.-171p.

3. Chattarji D. The theory of Auger transitions.-New York, Academic Press,1976.-198p.

4. Aberg T.,Howat G. Theory of the Auger effect.-Helsinki, 1979.-210 p.

5. Шергин А.П. Коррелированный распад двух внутренних вакансий.- В кн.: Физика электронных и атомных столкновений (Лекции 1У Всесоюзной школы по физике электронных и атомных столкновений), изд-во МГУ, 1978, с. 211-225.

6. Афросимов А.П., Гордеев Ю.С., Зиновьев А.Н., Расулов Д.Х., Шергин А.П. Обнаружение нового типа Оже-переходов в атомах с двумя внутренними вакансиями.- Письма в ЖЭТФ, 1975, т. 21, В 9, с. 535-539.

7. Carlson T.A.,Krause М.О. Experimental evidence for double electron emission in an Auger process.-Phys.Rev.Lett.,1965, v.14,N 11,p.390-392.p

8. Simons R.L.,Kelly H.P.,Bruch R. Decay rates of Li I 2s 2p and 1s2s2.-Phys.Rev.A,1979,v.19,N 2,p.682-687.

9. Кишиневский Л.М., Матвеев В.И., Парилис Э.С. "Половинный" эффект Оже.- Письма в 1ТФ, 1976, т. 12, Л 15, с. 710-714.

10. Огурцов Г.Н., Флакс И.П., Авакян С.В. Возбуждение автоионизационных состояний при столкновениях сложных атомных частиц.- ЖГФ, 1970, т. 40, J& 10, с. 2124-2130.

11. П. Rudd M.E.,Fastrup B.,Dahl P.,Schowengerdt F.D. Production and decay of double L vacancies in Argon and Phosphorus.-Phys.Rev.A, 1973, v.8,11 1,p.220-225.j

12. Сафронова У.И., Сенашенко B.C. Возбужденные состояния атомных систем с двумя вакансиями в К -оболочке.- Изв. АН СССР, сер. физика, 1977, т. 41, № 12, с. 2610-2619.

13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика Ш. Нерелятивистская теория.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Наука, 1974. 752 с.

14. Бршонас В.Э., Киселюс P.C., Купляускене A.B., Купляус-кис З.Й. Изучение распада двух К вакансий в ионах неона.- Изв. ВУЗов, сер. физика, 1982, т. 25, $ 8, с. II9-I20.

15. Купляускис З.Й., Купляускене A.B., Тутлис В.И. Об изучении возбужденных состояний атомов с использованием неортогональных радиальных орбиталей.- Изв. ВУЗов, сер. физика, 1981, т. 24, № 3, с. 7-II.

16. W Ivanov L.N.,Safronova U.I.,Senashenko V.S., Victorov D.S. The radiationless decay of excited states of atomic systems with, two K-shell vacancies.-J.Phys.В: Atom.Molec.Phys., 1978,v.11,N 6,p.L175-L179.

17. Амусья М.Я., Килин В.А., Ли И.С. "Углубление" вакансий в процессах трехэлбктронного Оже-распада.- Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции по физике электронных и атомных столкновений. Рига, 1984, с. 7.

18. Амусья М.Я., Килин В.А., Ли И.С. Углубление вакансий в корреляционных распадах двухдырочных состояний атомов.-Письма в ЖТФ, 1984, т. 10, № 17, с. 1029-1033.

19. Амусья М.Я., Килин В.А., Колесникова А.Н., Ли И.О. Встречное движение вакансий при корреляционных распадах двухдырочных состояний.- Письма в ЖГФ, 1985, т. , с.

20. Afrosimov V.V.,Gordeev Yu.S.,Zinoviev A.N.,Rasulov D.H., Shergin A.P. Observation of three-electron Auger transitions in atoms with, two inner vacancies.-IS ICPEAC,Abstracts of Papers,Seattle,1975,v.2,p.1068-1069.

21. Afrosimov V.V.,Ahmedov A.P.,Gordeev Yu.S.,Zinoviev A.N., Shergin A.P. Three electron Auger decay of K-vacancies in N and С atoms.-X ICPEAC,Abstracts of Papers,Paris,1977, v.2,p.924-925.

22. Stolterfoht N.,Schneider D.,Brand D. Evidence of LL-MMM transitions in Ar atom for Ar collisions,50 KeV.-X ICPEAC,Abstracts of Papers,Paris,1977,v.2,p.902-904.

23. Afrosimov V.V.,Shergin A.P. Correlated transitions in atom with two inner-shell vacancies.-Proc. 6th Int.Conference on Atomic Physics, Riga,USSR,1978,p.289-307.

24. Carlson T.A.,Krause M.O. Atomic readjustment to vacancies in the К and L shells of Ar.-Phys.Rev.A,1965,v.137,N 6, P.A1655-A1662.

25. Carlson T.A.,Krause M.O. Electron shake-off resulting from K-shell ionization on Ne measured as a function of photo-electron velosity.-Phys.Rev.A, 1965,v.140,1T. 4а,р.А1057-А10б4.

26. McGuire E.J. Auger Spectra of the noble gases.-Phys.Rev.A, 1975,v.11,N 1,p.17-21.

27. Богдановичене М.И., Каразия Р.И. Совместное рассмотрение Кг м^ 5 ш ,Хе 5 оо Оже-спектров и энергетических уровней кг in и хе in .- Лит. физ. сб., 1981, т. 21, № 2, с. 39-52.

28. Юссис А.П., Левинсон И.Б., Ваганас В.В. Математический аппарат теории момента количества движения.- Вильнюс: Гос-политнаучиздат, 1963. 243 с.

29. Юцис А.П., Бандзайтис A.A. Теория момента количества движения в квантовой механике.- Вильнюс: Минтис, 1965. -463 с.

30. Варшалович Д.А., Москалев А.Н., Херсонский В.К. Квантовая теория углового момента.- Л.: Наука, 1975. 438 с.

31. Эль-Баз Э., Каетель Б. Графические методы алгебры спинов. М.: Мир, 1974. - 353 с.

32. Амусья М.Я., Килин В.А., Ли И.С. Сдвоенный Оже-распад двух к -вакансий в неоне.- ЗИФ, 1984, т. 54, № 5, с. 990-992.

33. Амусья М.Я., Килин В.А., Ли И.С. Сдвоенный Оже-распад двух вакансий в атомах.- Тезисы докладов УШ Всесоюзнойконференции по теории атомов и атомных спектров, Минск, 1983, с. 51.

34. Чернышева Л.В., Амусья М.Я., Килин В.А., Ли И.О. Система математического обеспечения атомных расчетов "АТОМ": ХУ. Программа вычисления вероятности сдвоенного Оже-распада. /Препринт ЛФТйг-904 . Л., 1985. - 29 с.

35. Марч Н., Янг У., Сампантхар С. Проблема многих тел в квантовой механике.- М.: Мир, 1969. 469 с.

36. Абрикосов A.A., Горьков 1.П., Дзялошинский Й.Е. Методы квантовой теории поля в статистической физике.- М. : Ш, 1962. 443 с.

37. Пайнс Д. Проблема многих тел.- М. : ИЛ, 1963. 191 с.

38. Маттук Р. Фейнмановские диаграммы в проблеме многих тел.-М.: Мир, 1969. 366 с.

39. Таулес Д. Квантовая механика систем многих частиц.- М. : ИЛ, 1963. 231 с.

40. Таулес Д. Квантовая механика систем многих частиц.- М. : Мир, 1975. 379 с.

41. Реймс С. Теория многоэлектронных систем.- М.: Мир, 1976. -333 с.

42. Fano U. Effects of Configurâtional interaction on intensities and phase shifts.-Phys.Rev.,1961,v.124,N 6,p.1866-1878.

43. Чеглоков Е.И. Вариационные методы в квантовой теории атомных систем.- Томск: ТГУ, 1983. 124 с.

44. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной.- М.: Наука, 1979. 319 с.

45. Амусья М.Я., Черепков H.A., Чернышева Л.В. Сечения фотоионизации атомов благородных газов с учетом многоэлектронных корреляций.- ЖЭТФ, 1971, т. 60, В I, с. 160-174.

46. Amusia M.Ya.,Cherepcov H.A. Many-electron correlationsin the scattering processies.-Case Studies in Atomic Physics, 1975,v.5,p.47-121.

47. Амусья М.Я. Проявление коллективного поведения электронных оболочек в процессе фотоионизации /Препринт ЛФТИ -480. Л., 1975. - 36 с.

48. Амусья М.Я. Перестройка наружных атомных оболочек и ионизация внутренних /Препринт ЛФТИ 526. - Л., 1977. - 40 с.

49. Амусья М.Я., Чернышева Л.В. Автоматизированная система исследования структуры атомов.- Л.: Наука, 1983. 180 с.

50. Амусья М.Я., Кутиев Ю.М., Шейнерман С.А. Околопороговые эффекты в процессах ионизации атомов (взаимодействие после столкновения). ЖЭТФ, 1979, т. 76, В 2, с. 470-481.

51. Амусья М.Я., Иванов В.К., Шейнерман С.А., Шефтель С.И. Проявление перестройки электронных оболочек атомов в процессах ионизации.- ЖЭТФ, 1980, т. 78, № 3, с. 910-923.

52. Амусья М.Я. ^Взаимодействие сложных атомов с излучением.-Изв. АН СССР, 1984, т. 48, В 4, с. 642-650.

53. Чернышева Л.В.,, Авдусья М.Я., Черепков H.A. Программы вычисления сечений фотоионизации атомов с учетом корреляций в одном и двух переходах /Препринт ЛФТИ 459. - Л., 1974. - 60 с.

54. Собельман Й.И. Введение в теорию атомных спектров.- М.: Наука, 1977. 319 с.

55. Дзкадд Б. Вторичное квантование и атомная спектроскопия.-М.: Мир, 1970. 136 с.

56. Джадд Б., Вайнборн Б. Теория сложных атомных спектро.- М.: Мир, 1973. 296 с.

57. Wendin G.,Ohno M. Strong dynamical effects of many electron interactions in photoelectron spectra from 4s and 4p core levels.-Phys.Scripta,1976,v.14,p.148-1 б1.

58. Чернышева Л.В. Комплекс программ для автоматизации атомных расчетов /Препринт ЛНИВЦ АН СССР.- Л., 1981. 80 с.

59. Чернышева Л.В., Черепков Н.А., Радоевич В. Система математического обеспечения атомных расчетов "ATOM". I. Программа решений уравнений самосогласованного поля Хартри--Фока для атомов /Препринт ЛФТИ- 486. Л., 1975. - 32 с.

60. Howat G.,Aberg T.,Goscinski 0. Relaxation and final-state mixing in the Auger effect.-J.Phys.B: Atorn.Molec.Phys., 1978,v.11,N 9,p.1575-1588.

61. Сафронова У.й., Сенашенко B.C. Отношение вероятностейдвух электронных однофотонннх переходов L и м -электронов в к -оболочку с двумя вакансиями.- Опт. и спектр., 1980, т. 49, Л 5, с. 833-839.

62. Гщурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Высш. шк., 1972. 368 с.

63. Carlson Т.A. Electron Shake-off following the В" -decay of Ar41.-Phys.Rev.,1963,v.1312,p.676-678.

64. Carlson T.A. Electron Shake-off following the B~ -decay of Ne23.-Phys.Rev., 1963, v. 130,IT 6,p.2361-2365.

65. Березин И.О., Жидков Н.П. Методы вычислений.- М.: Наука» 1966. 632 с.