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光イオン化は、光子と原子または分子の相互作用によってイオンが形成される物理的プロセスです。[2]
断面
光子と原子または分子との相互作用のすべてが光イオン化を引き起こすわけではありません。光イオン化の確率は、種の光イオン化断面積、つまり仮想断面積として概念化されたイオン化イベントの確率に関連しています。この断面積は、光子のエネルギー（その波数に比例）と対象種、つまり分子種の構造に依存します。分子の場合、光イオン化断面積は、基底状態の分子とターゲットイオン間のフランク・コンドン因子を調べることで推定できます。これは、QChem などの量子化学ソフトウェアを使用して、分子と関連する陽イオン（イオン化後）の振動を計算することで初期化できます。イオン化しきい値未満の光子エネルギーの場合、光イオン化断面積はほぼゼロです。しかし、パルスレーザーの開発により、一連の励起と緩和によって多光子イオン化が発生する可能性のある、極めて強力でコヒーレントな光を作成できるようになりました。さらに高い強度（赤外線または可視光で約10 15 – 10 16 W/cm 2 ）では、障壁抑制イオン化[3]や再散乱イオン化[4]などの非摂動現象が観測されます。
多光子イオン化
イオン化閾値以下のエネルギーを持つ複数の光子は、実際にそれらのエネルギーを結合して原子をイオン化する可能性があります。この確率は必要な光子の数とともに急速に減少しますが、非常に強力なパルスレーザーの開発により、それでもイオン化は可能です。摂動領域（光周波数で約10 14 W/cm 2未満）では、 N個の光子を吸収する確率は、レーザー光の強度Iに依存し、 I N となります。[5]強度が高い場合、ACシュタルク効果が発生するため、この依存性は無効になります。[6]
共鳴増強多光子イオン化（REMPI）は、波長可変レーザーを使用して励起中間状態にアクセスし、原子や小分子の分光法に適用される技術です。[要出典]
閾値超電離（ATI）[7]は、多光子電離の延長であり、原子を電離するのに実際に必要な量よりも多くの光子が吸収されます。この過剰エネルギーにより、放出された電子は、閾値超電離の通常のケースよりも高い運動エネルギーを持ちます。より正確には、システムは光子エネルギーによって分離された光電子スペクトルに複数のピークを持ち、放出された電子が通常の（可能な限り低い光子数）電離の場合よりも高い運動エネルギーを持っていることを示します。ターゲットから放出された電子は、光子エネルギーの約整数倍の運動エネルギーを持ちます。[要出典]
トンネル電離
レーザー強度をさらに高めるか、多光子イオン化が起こる領域と比較してより長い波長を適用すると、準定常アプローチが使用でき、原子ポテンシャルの歪みが生じ、束縛状態と連続状態の間に比較的低く狭い障壁のみが残るようになります。その後、電子はトンネルを通り抜けるか、より大きな歪みの場合はこの障壁を克服することができます。これらの現象はそれぞれトンネルイオン化と障壁超えイオン化と呼ばれます。 [要出典]
参照
参考文献
- ^ 「ハッブル宇宙望遠鏡、過去のクエーサーの幽霊を発見」ESA/ハッブル宇宙望遠鏡プレスリリース。 2015年4月23日閲覧。
- ^ IUPAC、化学用語集、第 2 版 ( 「ゴールドブック」) (1997)。オンライン修正版: (2006–)「光イオン化」。doi :10.1351/goldbook.P04620
- ^ Delone, NB; Krainov, VP (1998). 「レーザー放射場における原子とイオンのトンネリングと障壁抑制イオン化」. Physics-Uspekhi . 41 (5): 469– 485. Bibcode :1998PhyU...41..469D. doi :10.1070/PU1998v041n05ABEH000393. S2CID 94362581.
- ^ Dichiara, A.; et al. (2005). 「2005 量子エレクトロニクスおよびレーザー科学会議」。量子エレクトロニクスおよびレーザー科学会議の議事録。第 3 巻。アメリカ光学会。pp . 1974– 1976。doi :10.1109/ QELS.2005.1549346。ISBN 1-55752-796-2。
- ^ Deng, Z.; Eberly, JH (1985). 「強いレーザー場における原子によるイオン化閾値を超える多光子吸収」Journal of the Optical Society of America B . 2 (3): 491. Bibcode :1985JOSAB...2..486D. doi :10.1364/JOSAB.2.000486.
- ^ Protopapas, M; Keitel, CH; Knight, PL (1997年4月1日). 「超高強度レーザーによる原子物理学」.物理学の進歩に関する報告書. 60 (4): 389– 486. Bibcode :1997RPPh...60..389P. doi :10.1088/0034-4885/60/4/001. S2CID 250856994.
- ^ Agostini, P.; et al. (1979). 「キセノン原子の6光子イオン化後の自由-自由遷移」. Physical Review Letters . 42 (17): 1127– 1130. Bibcode :1979PhRvL..42.1127A. doi : 10.1103/PhysRevLett.42.1127 .
さらに読む
- A. Lampros と A. Nikolopoulos (2019)光イオン化の要素 量子動力学法、IOP コンサイス物理学 ISBN 978-1643276533
- ウーヴェ・ベッカー、デイヴィッド・アレン・シャーリー（1996年1月1日）。VUVとソフトX線光イオン化。Springer Science & Business Media。ISBN 978-0-306-45038-9。
- Cheuk - Yiu Ng (1991)。真空紫外線による分子とクラスターの光イオン化と光解離。World Scientific。ISBN 978-981-02-0430-3。
- ジョセフ・バーコウィッツ（1979）。光吸収、光イオン化、光電子分光法。Academic Press。ISBN 978-0-12-091650-4。
- VS Letokhov (1987)。レーザー光イオン化分光法。Academic Press。ISBN 978-0-12-444320-4。