Interatomový Coulombický rozpad - Interatomic Coulombic decay

Interatomový Coulombický rozpad (ICD)[1] je obecná, základní vlastnost atomy a molekuly které mají sousedy. Interatomový (intermolekulární) Coulombický rozpad je velmi účinný interatomický (intermolekulární) relaxační proces elektronicky vzrušeného atomu nebo molekuly zabudované do prostředí. Bez prostředí nemůže proces probíhat. Doposud se demonstrovalo hlavně pro atomové a molekulární shluky, nezávisle na tom, zda jsou van-der-Waals nebo vodíkovou vazbou typ.

Podstata procesu může být znázorněna následovně: Uvažujme o klastru se dvěma podjednotkami, A a B. Předpokládejme vnitřnímocenství elektron je odstraněn z podjednotky A. Pokud je výsledný (ionizovaný) Stát má vyšší energii než dvojnásobek ionizační práh podjednotky A pak intraatomický (intramolekulární) proces (autoionizace, v případě ionizace jádra Rozpad šneku ) nastupuje. Přestože excitace není energeticky vyšší než dvojnásobná prahová hodnota ionizace podjednotky A sám o sobě může být vyšší než dvojnásobná prahová hodnota ionizace klastru, která je snížena kvůli nabít oddělení. Pokud tomu tak je, nastaví se interatomický (mezimolekulární) proces, který se nazývá ICD. Během ICD přebytečná energie podjednotky A se používá k odstranění (kvůli elektronická korelace ) elektron vnější valence z podjednotky B. Ve výsledku se vytvoří dvojitě ionizovaný klastr se zapnutým jediným kladným nábojem A a B. Separace náboje v konečném stavu je tedy otiskem ICD. V důsledku oddělení náboje se shluk obvykle rozpadá Coulombova exploze.

ICD se vyznačuje svou rychlostí rozpadu nebo životností excitovaného stavu. Rychlost rozpadu závisí na interatomové (mezimolekulární) vzdálenosti A a B a jeho závislost umožňuje vyvodit závěry o mechanismu ICD.[2] Obzvláště důležité je stanovení Kinetická energie spektrum elektronu emitovaného z podjednotky B který je označován jako ICD elektron.[3] Elektrony ICD se často měří v experimentech ICD.[4][5][6] Typicky se ICD odehrává na internetu femto sekunda časová stupnice,[7][8][9] o mnoho řádů rychlejší než konkurenční fotonová emise a další relaxační procesy.

ICD ve vodě

Velmi nedávno byl ICD identifikován jako další zdroj nízkoenergetických elektronů v voda.[10][11] Tam je ICD rychlejší než konkurenční proton přenos, který je obvykle prominentní cestou v případě elektronického buzení vodních klastrů. Odpověď kondenzované vody na elektronická buzení je pro biologické systémy nanejvýš důležitá. Například v experimentech bylo prokázáno, že nízkoenergetické elektrony ovlivňují složky DNA účinně. Kromě toho byl ICD hlášen po buzení jádro-elektrony hydroxid v rozpuštěné vodě.[12]

Související procesy

Interatomové (mezimolekulární) procesy se nevyskytují pouze po ionizace jak je popsáno výše. Nezávisle na tom, jaký druh elektronického buzení je po ruce, může být zahájen interatomický (mezimolekulární) proces, pokud je atom nebo molekula ve stavu energeticky vyšším než je ionizační práh jiných atomů nebo molekul v sousedství. Jsou známy následující procesy související s ICD, které byly pro usnadnění uvažovány níže pro klastry:

  • Resonant Interatomic Coulombic Deacy (RICD) byl poprvé ověřen experimentálně.[13] Tento proces vychází z vnitřníhomocenství buzení, při kterém je elektron vnitřní valence povýšen na a virtuální orbitální. Během procesu je prázdné místo vnitřní valence vyplněno elektronem vnější valence stejné podjednotky nebo elektronem ve virtuální orbitě. Následující akce se označuje jako RICD, pokud v předchozím procesu generovaná přebytečná energie odstraní vnější valenční elektron z jiné složky klastru. Přebytečná energie může být na druhé straně také použita k odstranění elektronu vnější valence ze stejné podjednotky (autoionizace ). V důsledku toho RICD soutěží nejen s pomalým radiačním rozpadem jako ICD, ale také s efektivní autoionizací. Oba experimentální[14] a teoretické[15] důkazy ukazují, že tato soutěž nevede k potlačení RICD.
  • Auger-ICD kaskáda byl poprvé teoreticky předpovězen.[16] Státy s neobsazeným jádrem se obvykle rozpadají Augerem. Tento rozpad často produkuje dvojité ionizované stavy, které se někdy mohou rozpadat dalším Augerovým rozpadem, který vytváří tzv Šneková kaskáda. Dvojitě ionizovaný stav však často není dostatečně vysoký na to, aby se ještě jednou anatomicky rozpadl. Za takových podmínek je tvorba kaskády rozpadu u izolovaných druhů nemožná, ale může nastat ve shlucích, přičemž dalším krokem je ICD. Mezitím byla kaskáda Auger-ICD potvrzena a experimentálně studována.[17]
  • Excitace - přenos - ionizace (ETI) je neradiační rozpadová dráha excitací vnější valence v prostředí.[18] Předpokládejme, že elektron vnější valence klastrové podjednotky je povýšen na virtuální orbitál. U izolovaných druhů může tato excitace obvykle jen pomalu klesat fotonová emise. V klastru existuje další, mnohem účinnější cesta, pokud je prahová hodnota ionizace jiné složky klastru nižší než excitační energie. Poté se přebytečná energie buzení přenáší interatomicky (intermolekulárně), aby se odstranil elektron vnější valence z jiné klastrové podjednotky s ionizační prahovou hodnotou nižší než excitační energie. Tento interatomový (intermolekulární) proces obvykle probíhá také během několika femtosekund.
  • Rozpad zprostředkovaný elektronovým přenosem (ETMD)[19] je radiační dráha rozpadu, kde je volné místo v atomu nebo molekule vyplněno elektronem ze sousedního druhu; sekundární elektron je emitován buď prvním atomem / molekulou nebo sousedními druhy. Existence tohoto mechanismu rozpadu byla experimentálně prokázána v argonových dimerech [20] a ve smíšených klastrech Argon - Krypton.[21]

Reference

  1. ^ L.S. Cederbaum; J. Zobeley; F. Tarantelli (1997). „Obrovský mezimolekulární rozpad a fragmentace klastrů“. Phys. Rev. Lett. 79 (24): 4778–4781. Bibcode:1997PhRvL..79.4778C. doi:10.1103 / PhysRevLett.79.4778. S2CID  55787878.
  2. ^ V. Averbukh; I.B. Müller; L.S. Cederbaum (2004). „Mechanism of Interatomic Coulombic Decay in Clusters“. Phys. Rev. Lett. 93 (26): 263002–263005. Bibcode:2004PhRvL..93z3002A. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.263002. PMID  15697975.
  3. ^ R. Santra; J. Zobeley; L.S. Cederbaum; N. Moiseyev (2000). "Interatomic Coulombic rozpad ve van der Waalsových klastrech a dopad jaderného pohybu". Phys. Rev. Lett. 85 (21): 4490–4493. Bibcode:2000PhRvL..85,4490S. doi:10.1103 / PhysRevLett.85.4490. PMID  11082578.
  4. ^ S. Marburger; O. Kugeler; U. Hergenhahn; T. Möller (2003). „Experimentální důkazy o meziatomovém Coulombickém rozpadu v klastrech Ne“ (PDF). Phys. Rev. Lett. 90 (20): 203401–203404. Bibcode:2003PhRvL..90t3401M. doi:10.1103 / PhysRevLett.90.203401. hdl:11858 / 00-001M-0000-0011-1035-1. PMID  12785891.
  5. ^ T. Jahnke; A. Czasch; SLEČNA. Schöffler; S. Schössler; A. Knapp; M. Käsz; J. Titze; C. Wimmer; K. Kreidi; RE. Grisenti; A. Staudte; O. Jagutzki; U. Hergenhahn; H. Schmidt-Böcking; R. Dörner (2004). "Experimentální pozorování interatomového colombického rozpadu v neonových dimerech". Phys. Rev. Lett. 93 (16): 163401–163404. Bibcode:2004PhRvL..93p3401J. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.163401. PMID  15524986.
  6. ^ G. Öhrwall; M. Tchaplyguine; M. Lundwall; R. Feifel; H. Bergersen; T. Rander; A. Lindblad; J. Schulz; S. Peredkov; S. Barth; S. Marburger; U. Hergenhahn; S. Svensson; O. Björneholm (2004). „Femtosekundový interatomový Coulombický úpadek ve volných neonových klastrech: velké rozdíly v životnosti mezi povrchem a objemem“. Phys. Rev. Lett. 93 (17): 173401–173404. Bibcode:2004PhRvL..93q3401O. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.173401. PMID  15525075.
  7. ^ R. Santra; J. Zobeley; L.S. Cederbaum (2001). "Elektronický rozpad valenčních otvorů ve shlucích a kondenzované hmotě". Phys. Rev. B. 64 (24): 245104. Bibcode:2001PhRvB..64x5104S. doi:10.1103 / PhysRevB.64.245104.
  8. ^ V. Averbukh; L.S. Cederbaum (2006). "Interatomic Electronic Decay in Endohedral Fullerenes". Phys. Rev. Lett. 96 (5): 053401–053404. Bibcode:2006PhRvL..96e3401A. doi:10.1103 / PhysRevLett.96.053401. PMID  16486927.
  9. ^ A.I. Kuleff; L.S. Cederbaum (2007). "Sledování ultrarychlých interatomických procesů elektronického rozpadu v reálném čase a prostoru". Phys. Rev. Lett. 98 (8): 083201. arXiv:fyzika / 0612061. Bibcode:2007PhRvL..98h3201K. doi:10.1103 / PhysRevLett.98.083201. PMID  17359096. S2CID  19843283.
  10. ^ T. Jahnke; H. Sann; T. Havermeier; K. Kreidi; C. Stuck; M. Meckel; M. Schöffler; N. Neumann; R. Wallauer; S. Voss; A. Czasch; O. Jagutzki; A. Malakzadeh; F. Afaneh; Čt. Weber; H. Schmidt-Böcking; R. Dörner (2010). "Ultrarychlý přenos energie mezi molekulami vody". Fyzika přírody. 6 (2): 139–142. Bibcode:2010NatPh ... 6..139J. doi:10.1038 / nphys1498.
  11. ^ M. Mucke; M. Braune; S. Barth; M. Förstel; T. Lischke; V. Ulrich; T. Arion; U. Becker; Bradshaw; U. Hergenhahn (2010). „Dosud nepoznaný zdroj nízkoenergetických elektronů ve vodě“. Fyzika přírody. 6 (2): 143–146. Bibcode:2010NatPh ... 6..143M. doi:10.1038 / nphys1500.
  12. ^ E.F. Aziz; N. Ottosson; M. Faubel; I.V. Hertel; B. Winter (2008). "Interakce mezi kapalnou vodou a hydroxidem odhalena de-excitací jádrových otvorů". Příroda. 455 (7209): 89–91. Bibcode:2008Natur.455 ... 89A. doi:10.1038 / nature07252. PMID  18769437. S2CID  4425518.
  13. ^ S. Barth; S. Joshi; S. Marburger; V. Ulrich; A. Lindblad; G. Öhrwall; O. Björneholm; U. Hergenhahn (2005). "Pozorování rezonančního interatomového colombického rozpadu v klastrech Ne". J. Chem. Phys. 122 (24): 241102. Bibcode:2005JChPh.122x1102B. doi:10.1063/1.1937395. PMID  16035737.
  14. ^ T. Aoto; K. Ito; Y. Hikosaka; E. Shigemasa; F. Penent; P. Lablanquie (2006). "Vlastnosti rezonančního interatomického colombického rozpadu v Ne Dimerech". Phys. Rev. Lett. 97 (24): 243401–243404. Bibcode:2006PhRvL..97x3401A. doi:10.1103 / PhysRevLett.97.243401. PMID  17280282.
  15. ^ S. Kopelke; K. Gokhberg; L.S. Cederbaum; V. Averbukh (2009). "Výpočet rezonančních interatomových colombických šířek rozpadu vnitřně valenčních stavů vzrušených delokalizovaných v důsledku inverzní symetrie". J. Chem. Phys. 130 (14): 144103. Bibcode:2009JChPh.130n4103K. doi:10.1063/1.3109988. PMID  19368425.
  16. ^ R. Santra; L.S. Cederbaum (2003). "Coulombický přenos energie a trojitá ionizace v klastrech". Phys. Rev. Lett. 90 (15): 153401. arXiv:fyzika / 0303068. Bibcode:2003PhRvL..90o3401S. doi:10.1103 / PhysRevLett.90.153401. PMID  12732036. S2CID  6157140.
  17. ^ Y. Morishita; X.-J. Liu; N. Saito; T. Lischke; M. Kato; G. Prümper; M. Oura; H. Yamaoka; Y. Tamenori; I.H. Suzuki; K. Ueda (2006). „Experimentální důkazy o interatomickém colombickém úpadku z Augerových finálních stavů v Argon Dimers“. Phys. Rev. Lett. 96 (24): 243402–243405. Bibcode:2006PhRvL..96x3402M. doi:10.1103 / PhysRevLett.96.243402. PMID  16907240.
  18. ^ K. Gokhberg; A. B. Trofimov; T. Sommerfeld; L. S. Cederbaum (2005). "Ionizace atomů kovů po valenčním buzení sousedních molekul". Europhys. Lett. 72 (2): 228. Bibcode:2005EL ..... 72..228G. doi:10.1209 / epl / i2005-10227-7.
  19. ^ J. Zobeley; R. Santra; L. S. Cederbaum (2001). "Elektronický rozpad ve slabě vázaných hetero seskupeních: Přenos energie versus přenos elektronů". J. Chem. Phys. 115 (11): 5076. Bibcode:2001JChPh.115.5076Z. doi:10.1063/1.1395555.
  20. ^ K. Sakai; S. Stoychev; T. Ouchi; I. Higuchi; M. Schöffler; T. Mazza; H. Fukuzawa; K. Nagaya; M. Yao; Y. Tamenori; A. I. Kuleff; N. Saito; K. Ueda (2011). „Rozpad zprostředkovaný elektronovým přenosem a meziatomový Coulombický úpadek z trojnásobně ionizovaných států v Argon Dimers“. Phys. Rev. Lett. 106 (3): 033401. Bibcode:2011PhRvL.106c3401S. doi:10.1103 / PhysRevLett.106.033401. PMID  21405272.
  21. ^ M. Förstel; M. Mucke; T. Arion; A. M. Bradshaw; U. Hergenhahn (2011). „Autoionizace zprostředkovaná elektronovým přenosem“. Phys. Rev. Lett. 106 (3): 033402. Bibcode:2011PhRvL.106c3402F. doi:10.1103 / PhysRevLett.106.033402. PMID  21405273.

externí odkazy