Obiekt

Tytuł odmienny:

X-ray emission in collisions of low-energy highly charged ions with surfaces

Abstrakt:

Celem niniejszej pracy było badanie promieniowania rentgenowskiego emitowanego z pustych atomów rydbergowskich, tworzonych w wyniku oddziaływania wysokonaładowanych niskoenergetycznych jonów z powierzchniami. Analiza widm tego promieniowania daje informację na temat relaksacji pustych atomów i wraz z wynikami innych eksperymentów, pozwala na kompletny opis tych egzotycznych obiektów. W opisanych w pracy eksperymentach wykorzystano wysokonaładowane jony ksenonu o stanach ładunkowych q=23-36 wytworzone w akceleratorze UJK-EBIS, które oddziaływały z powierzchniami berylu, złota oraz tytanu. Emitowane promieniowanie rentgenowskie było mierzone za pomocą krzemowego detektora dryfowego SDD o relatywnie wysokiej energetycznej zdolności rozdzielczej. Uzyskane widma promieniowania X zostały zinterpretowane, w oparciu o obliczenia metodą MCDHF, jako kaskada elektrycznych przejść dipolowych nf-3d wraz z ich przejściami hipersatelitarnymi. Dodatkowo analiza widm wskazała na znaczący udział procesów dwuelektronowych w mechanizmie relaksacji pustych atomów. W szczególności wykazano ważną rolę egzotycznych procesów atomowych, takich jak: wewnętrzne wzbudzenie dwuelektronowe (IDE), dwuelektronowe przejście radiacyjne (TEOP) oraz międzyatomowy rozpad kulombowski (ICD). Mechanizm IDE jest odpowiedzialny za tworzenie wakancji w powłoce M jonów Xeq+, w tym także dla jonów o stanach ładunkowych q=23-26, które nie posiadały początkowych wakancji w tej powłoce. W konsekwencji z powstałych pustych atomów emitowane jest promieniowanie M-X, którego ewidencje zaobserwowano w zarejestrowanych widmach. Chociaż mechanizm IDE był obserwowany już przez inne grupy badawcze, w niniejszej pracy pierwszy raz opisano ten proces ilościowo, poprzez interpretację widm energetycznych opartą na obliczeniach metodą MCDHF oraz zaproponowany model emisji promieniowania X (q-XEM) tłumaczący zależność absolutnej intensywności emitowanego promieniowania X od stanu ładunkowego jonu. Dwuelektronowe przejścia radiacyjne (TEOP) zostały zaobserwowane w widmach dla jonów Xeq+ oddziałujących z powierzchnią Be. Jest to pierwsza obserwacja dwuelektronowych przejść radiacyjnych emitowanych w procesie relaksacji pustych atomów. W niniejszej pracy wyznaczono też współczynnik rozgałęzienia ("branching ratio") na ten proces. W widmie zarejestrowanym dla jonów Xe35+ stwierdzono ostre "odcięcie" serii Paschena dla przejść radiacyjnych powyżej stanu ncut = 23, które wskazuje na obecność mechanizmu ICD zachodzącego dla wyższych stanów w początkowej fazie relaksacji pustych atomów. Na koniec ze zmierzonych bezwzględnych intensywności promieniowania X wyznaczono wydajność fluorescencyjną, która posłużyła do estymacji czasu relaksacji pustych atomów w ich "radiacyjnej" fazie deekscytacji. Umożliwiło to wykazanie, że relaksacja pustych atomów rydbergowskich zachodzi w skali femtosekundowej. Uzyskane w tej pracy wyniki przyczyniły się do zrozumienia mechanizmu tworzenia i rozpadu pustych atomów, uzupełniając dotychczas zgromadzoną wiedzę o bardziej szczegółowy opis ostatniej fazy ich relaksacji. Zrozumienie procesu deekscytacji pustych atomów w ciałach stałych może mieć kluczowe znaczenie dla zastosowania laserów na swobodnych elektronach (FEL) do badania właściwości materiałów metodami spektroskopii rentgenowskiej i elektronowej. W eksperymentach przy użyciu laserów rentgenowskich intensywne, ultrakrótkie impulsy promieniowania X wzbudzają elektrony do wysokich stanów rydbergowskich, w związku z czym do ilościowej interpretacji obserwowanych fotonów i elektronów niezbędny jest szczegółowy opis relaksacji pustych atomów.
Rozprawa z pewnością nie wyczerpuje tematyki badania relaksacji pustych atomów poprzez obserwację emitowanego promieniowania rentgenowskiego. Przyszłe eksperymenty mogą rozszerzyć uzyskane wyniki o analizę oddziaływania wysokonaładowanych jonów z materiałami półprzewodnikowymi oraz izolatorami, a także badania z udziałem jonów o niskiej liczbie atomowej. Te ostatnie, ze względu na większe intensywności uzyskiwanych wiązek jonów, będą mogły być prowadzone metodami spektroskopii wysokiej zdolności rozdzielczej, co umożliwi bardziej szczegółową analizę procesu relaksacji powstających pustych atomów. Podsumowując, niniejsza rozprawa wykazała kluczowy udział dwuelektronowych procesów w relaksacji pustych atomów, tworzonych w wyniku oddziaływania niskoenergetycznych wysokonaładowanych jonów ksenonu z powierzchniami metali. Uzyskane wyniki pokazują, że analiza promieniowania rentgenowskiego powstającego w wyniku deekscytacji pustych atomów jest efektywną metodą badania tych egzotycznych obiektów, w szczególności badanie procesu ich relaksacji.

Uwagi:

Zawiera bibliografię ; Zawiera ilustracje

Identyfikator:

oai:bibliotekacyfrowa.ujk.edu.pl:10533

Katalog komputerowy:

kliknij tutaj, żeby przejść

Język:

pol

Uzyskany tytuł:

doktor

Data uzyskania stopnia:

24.11.2023

Instytucja nadająca tytuł:

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach

Promotor:

Pajek, Marek

Recenzent:

Rzadkiewicz, Jacek ; Warczak, Andrzej

Dziedzina nauki:

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Dyscyplina naukowa:

Nauki fizyczne

Wydział:

Wydział Nauk Ścisłych i Przyrodniczych

Typ:

rozprawa doktorska

Prawa dostępu:

tylko w Oddziale Informacji Naukowej

Stan publikacji:

niepublikowana