自動イオン化

自動イオン化とは、励起状態の原子または分子が外殻電子の1つを自発的に放出し、電荷Zの状態から 電荷Z  + 1の状態（例えば、電気的に中性な状態から単一イオン化状態）に移行するプロセスです。^[1]

自動イオン化状態は通常短命であるため、通常の束縛状態ではなくファノ共鳴として説明できます。これらは、光イオン化、電子イオン化、およびその他の方法によって、原子および分子のイオン化断面積の変化として観察できます。

例として、ネオンの極端紫外線光イオン化スペクトルにおけるいくつかのファノ共鳴は、自動イオン化状態に起因する。^[2]いくつかは、45.546、47.121、47.692 eV のエネルギーにおける一連の 3 つの強い同様の形状のピークなど、1 電子励起によるものであり、n = 3、4、5 の場合、1s ² 2s ¹ 2p ⁶ n p ( ¹ P) 状態と解釈される。中性ネオンのこれらの状態は、2s 電子を励起するには 2p 電子を除去するよりも多くのエネルギーが必要であるため、最初のイオン化エネルギーを超えている。自動イオン化が発生すると、n p → 2s 脱励起によって、1 つの 2p 電子を除去して Ne ⁺基底状態を形成するために必要なエネルギーが提供される。

その他の共鳴は2電子励起に起因します。上で検討した同じネオン光イオン化スペクトルには、同じ領域に44.979 eVの4番目の強い共鳴が含まれていますが、形状は非常に異なり、1s ² 2s ² 2p ⁴ 3s 3p（¹ P）状態として解釈されます。^[2]自動イオン化の場合、3s → 2p遷移は3p電子を除去するためのエネルギーを提供します。

電子イオン化により、選択則により光子では励起できない状態を観測することができる。例えばネオンでは、三重項状態の励起はスピン選択則ΔS = 0により禁じられているが、1s ² 2s ² 2p ⁴ 3s 3p ( ³ P) は42.04 eVでの電子イオン化により観測されている。^[3]高エネルギーH ⁺、He ⁺、Ne ⁺イオンによるイオン衝撃も利用されている。^[4]

中心電子が欠けていると、陽イオンはさらに自動イオン化して、オージェ効果で 2 番目の電子を失う可能性があります。ネオンでは、X 線励起によって 1s 電子が除去され、 1s ¹ 2s ² 2p ⁶構成の励起 Ne ⁺イオンが生成されます。その後のオージェ過程では、2s → 1s 遷移と 2p からの 2 番目の電子の同時放出により、Ne ²⁺ 1s ² 2s ¹ 2p ⁵イオン状態になります。

さらに、分子は振動的に自動イオン化するリュードベリ状態を持つことができ、この状態ではリュードベリ状態をイオン化するために必要な少量のエネルギーが振動励起によって供給される。^[5]

原子または分子の励起状態が中性粒子と共鳴付着電子の複合状態から構成される場合、自動イオン化は自動分離と呼ばれます。この場合、複合状態は自動イオン化プロセスの前に正味の負電荷で始まり、中性電荷で終了します。終了状態は、共鳴付着プロセスからの過剰エネルギーの結果として、振動または回転励起状態になることがよくあります。^[6]