А. В. ГЕЦ
Научный руководитель – В. П. КРАЙНОВ, д. ф.-м. н., профессор
Московский физико-технический институт (государственный университет)
ПОТЕНЦИАЛЫ ИОНИЗАЦИИ АТОМАРНЫХ ИОНОВ
В КЛАСТЕРАХ Ar, Kr И Xe ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Потенциалы ионизации атомарных ионов в кластерах Ar, Kr и Xe вычислены как функции электронной температуры. Эти потенциалы заметно меньше потенциалов ионизации изолированных ионов из-за эффектов экранировки ионами и электронами внутри кластера. Также рассмотрено уширение атомных уровней квазистатическим полем Хольцмарка атомарных ионов. Результаты работы могут быть использованы при рассмотрении внутренней ионизации как за счет столкновений, так и кулоновского поля ионизованного кластера.
Применимость различных моделей экранирования в контексте взаимодействия кластеров с лазерным излучением недавно исследована в [1].
Целью данной работы является вычисление потенциалов ионизации основных состояний атомарных ионов для больших Ar, Kr и Xe кластеров, облучаемых сверхсильными фемтосекундными лазерными импульсами.
Применяемый подход основан на численном решении одночастичного уравнения Шредингера для радиальной части волновой функции для nl–электронов с учетом дебаевской экранировки (n и l – главное и орбитальное квантовые числа валентного электрона) для водородоподобного иона в приближении Хартри-Фока. Это значит, что экспериментальное значение энергии связи (в атомных единицах)
где Zeff – эффективный заряд иона, образующегося при удалении рассматриваемого электрона.
На рис. 1 приведены результаты вычислений для Ar кластеров. Потенциалы ионизации многозарядных атомарных ионов Ei (Z=1-7) представлены в зависимости от электронной температуры Te. При больших Te они совпадают с соответствующими значениями для изолированных ионов.
Потенциалы ионизации многозарядных ионов Ei могут быть представлены также в аналитической форме (R – дебаевский радиус):
В системах лазер-кластер эффекты экранировки увеличивают степень внутренней ионизации за счет уменьшения потенциалов ионизации атомарных ионов, что оказывает сильное влияние на эволюцию таких систем на переднем фронте сверхсильного фемтосекундного лазерного импульса.
Хольцмарковское электрическое поле соседних ионов также возмущает электронные уровни рассматриваемого иона. Средняя величина этого поля уменьшает потенциал ионизации основного состояния, а его вариация, связанная со случайным расположением ионов в кластере, приводит к уширению уровней. Область действия этого поля – межатомные расстояния, что значительно меньше дебаевского радиуса R. Поэтому дебаевское экранирование не влияет на возмущение хольцмарковским полем.
Простые оценки показывают, что поле Хольцмарка недостаточно для надбарьерной ионизации рассматриваемых ионов, величина уширения также мала по сравнению с энергией уровней.
Полученные в работе результаты могут быть полезны при рассмотрении столкновительной ионизации в кластере и ионизации под воздействием статического кулоновского поля ионизованного кластера. Они могут быть применены и в случае расширения кластера (na уменьшается) путем соответственного пересчета эффективной электронной температуры Te, так как энергия связи зависит только от отношения Te/na.
Детальные результаты работы приведены в [2]. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты , ).
Рис. 1. Зависимость потенциалов ионизации атомарных ионов Ar (Z=1-7)
от электронной температуры Te
Список литературы
1. Micheau S., Gutierrez F., Pons B., Jouin H. // J. Phys B: At. Mol. Opt. Phys. 2005. V. 38.
2. Gets A. V., Krainov V. P. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2006. V. 39. P. .
