Исследование электронной структуры молекул ArXe методами лазерной резонансной многофотонной ионизации и времяпролетной фотоэлектронной спектроскопии

• Автор: Шевкунов, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1 .Спектроскопические исследования молекул АгХе
1.2.Модели межатомных потенциалов взаимодействия
1.3. Постановка задачи
ГЛАВА 2. Экспериментальная установка
2.1.Сверхзвуковой молекулярный пучок
2.2.КЕМР1-ТОГ Масс спектрометрия
2.3.КЕМР1-РЕ8 Фотоэлектронная спектроскопия
2.4.Экспериментальная установка
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование Ван-дер-Ваальсовых молекул
АгХе
3.1.Основные спектроскопические положения
3.2.Фотоионпые и фотоэлектронные спектры димерных молекул АгХе
3.3 Проведение исследований по определению характеристик
потенциальных поверхностей молекул АгХе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Двухатомные молекулы инертных газов играют важную роль в химических и физических процессах в разрядах эксимерных лазеров, в лазерах на ионах инертных газов, и лампах высокого давления [1-6]. В последние годы возрос интерес к спектрам смесей инертных газов, привлекательность вызвана тем, что гетероядерные молекулы, образующиеся в низкотемпературной плазме смесей, с высокой эффективностью преобразуют энергию, запасённую гомоядерными димерами, в узкополосное вакуумно-ультрафиолетовое (ВУФ) излучение, когда основная доля энергии аккумулируется гомоядерными димерами и затем трансформируется в узкополосное излучение гетероядерных димеров. Изучение этой цепочки процессов представляет значительный научный интерес [101]. Также известно, что лёгкие инертные газы влияют на операционные характеристики инфракрасного Хе (56—6р) лазера [9-17], в котором предполагается, что электронно-возбужденные гетеронуклеарные Ван-дер-Ваальсовы (ВдВ) молекулы инертных газов, 1Хе* (!?£= Кг, Аг, Хе), являются важными промежуточными реагентами в реакциях, проходящих в среде лазера. Верхние состояния Хе*(5б) наиболее вероятно заселяются через реакцию электронно-диссоциативной рекомбинации с участием БХеД а инверсная заселённость поддерживается быстрой столкновительной релаксацией нижних Хе*(6р) уровней [18-23]. Для моделирования столкновительпых релаксаций в смесях инертных газов высокого давления требуются знания расположения уровней энергии между кривыми возбужденных состояний потенциальных энергий, сформированных сталкивающимися атомными парами. Также необходима информация о межъядерных расстояниях в молекулах. Для этой цели, спектральное разъяснение электронной структуры гетеронуклеарных молекул крайне важно. Более того, так как даже самые нижние по энергии состояния гетеронуклеарных димеров инертных газов напрямую связаны с силами дальнего действия, не смотря на сильные
ковалентные или ионные взаимодействия [24], эти уровни могут быть рассмотрены в рамках предельного случая идеальных условий для изучения неадиабатических взаимодействий между Ридбергосвким электроном и ядром [25].
Но, несмотря на значительный прогресс в изучении электронных структур и динамики димеров инертных газов, начиная с первых измерений ВУФ электронных спектров [26-28] идентификация большого диапазона молекулярных систем остаётся неполной. А доступные описания свойств электронно-возбужденных уровней методами ab initio квантовой химии [29, 30] не достаточны для однозначной спектральной интерпретации.
Цель работы:
Исследование электронной структуры гетеронуклеарных Ван-дер-Ваальсовых молекул АгХе. Получение молекулярных постоянных и потенциальных кривых возбужденных электронных состояний, а также процессов многофотонной ионизации этих молекул.
Задачи исследования.
В рамках данной работы решались следующие задачи:
1. Создание установки для исследования электронной структуры молекул в условиях сверхзвукового молекулярного пучка методом резонансной многофотонной ионизации (REMPI) и методом фотоэлектронной спектроскопии (PES).
2. Получение фотоионных времяпролетных (REMPI - TOF) и фотоэлектронных времяпролетных (REMPI - PES) спектров молекул АгХе в широком интервале длин волн и энергий.
3. Анализ и интерпретация экспериментальных данных и получение молекулярных постоянных и потенциальных кривых для возбужденных состояний молекулы АгХе.
Методы исследования:
Поставленные в диссертации задачи решались методами лазерной резонансной многофотонной ионизации с времяпролётной регистрацией
этом случае переходы из-за разных правил отбора. Правила отбора для многофотонных переходов отличаются от однофотонных, что расширяет возможности лазерного возбуждения высоко лежащих состояний. В частности, для двухфотонных переходов возможно изменение углового момента частицы АЬ=0,±2, что невозможно для однофотонных переходов, переход между уровнями с одинаковой чётностью запрещён для однофотонных переходов и разрешён для двухфотонных переходов. Кроме случая двухфотонного возбуждения имеет место многофотонное возбуждение высоколежащих уровней с последующей ионизацией. Правила отбора, например, для трёхфотонных переходов также отличаются от правил отбора для двухфотонных переходов, что тоже увеличивает возможности этого способа возбуждения. Использование поляризационных измерений является дополнительным инструментом для определения симметрии возбуждённых электронных состояний. Изотопическое разрешение, регистрируемое в масс-спектре, позволяет определить квантовые номера в наблюдаемой колебательной последовательности полосы поглощения электронно-колебательного перехода молекулы. Таким образом, спектроскопические данные, полученные при многофотонной ионизации, являются дополнительными к обычной однофотонной спектроскопии. В ряде случаях оказывается возможным исследовать такие электронные состояния молекул, которые ранее не были обнаружены.
Кроме того, многофотонная ионизация даёт информацию о процессах фотоионизации и фрагментации молекул под действием интенсивного лазерного излучения, но надо учитывать, что фрагментация молекул понижает чувствительность метода для спектроскопических исследований исходных молекул.
Наиболее простой случай резонансной многофотонной ионизации -это двухуровневое резонансное возбуждение высоко лежащего уровня частицы с промежуточным либо виртуальным, либо реальным близким уровнем. Многофотонное возбуждение требует очень сильного поля, которое