F− 310 Nm 剥離によって示されている陰イオンの光電子イメージング
Summary
ここでは、陰イオン種の光電子イメージングのためのプロトコルを提案する.マップ速度光電子イメージング、陰イオンと中性のエネルギー レベル、陰イオンおよび中立的な構造の詳細と陰イオンの電子状態の性質を提供することを使用して真空中で生成され、質量分析法による分離は陰イオンがプローブされます。
Abstract
陰イオン光電子イメージングは、バインドされたマイナス イオン、中性種と非連結電子中性分子との相互作用のエネルギー状態の研究のため非常に効率的な方法です。最新の真空中でアニオン生成技術分子、原子の広い範囲への適用を許可して陰イオン システムをクラスターします。これらは区切られ、飛行時間質量分析を使用して選択します。電子は、直線偏光の光子 (写真剥離) 赤外線-赤から近紫外線に励起エネルギーを準備ができてアクセスを提供する卓上型レーザー光源を使用して削除されます。イメージング レンズおよび位置敏感検出器を意味する原理、検出器に達するすべての光電子、マップされている速度と光電子の検出と検出効率はすべて運動エネルギーで統一されています。逆行列アベル変換を用いて数学的復興を介して画像から抽出した光電子スペクトルでは、陰イオン内部エネルギー状態分布及び結果として生じる中立的なエネルギー状態の詳細を明らかにします。低電子運動エネルギーで一般的な解像度はいくつか millielectron ボルト,すなわち, 分子種またはスピン-軌道原子の分裂の振動レベルに異なる順序エネルギー レベルでの違いを明らかにするため十分です。逆アベル変換から抽出した光電子角度分布より詳細な電子構造の調査を許可するバインドされた電子軌道の署名を表します。角度分布とスペクトルも発信電子励起後の残留の中性種との相互作用の詳細をエンコードします。技術は原子陰イオン (F−) にアプリケーションによって示されているが、分子陰イオン分光法の測定、(散乱実験に代わる) として低陰イオンの共鳴とフェムト秒 (の研究にも適用することができます。fs) 時分割陰イオンの動的な進化の研究。
Introduction
陰イオン光電子イメージング1光電子分光法の変形であり、原子・分子の電子構造の強力なプローブと中性種と電子の相互作用を表します。得られる情報はバインドの理解の開発に不可欠と準安定 (電子・分子の散乱光の共振) 負のイオン状態、化学的還元と解離添付プロセス イオン分子の戸口状態相互作用。さらに、結果を提供高レベル第一原理計算の重要なテスト理論、特に非常に対処する設計相関システムまたは非定常状態。
イオンの生成、質量分析法と粒子2,3,4電子プローブ敏感に (および小さい分子振動の) 構造のイメージング技術を兼ね備えています。陰イオン種の操作により飛行質量分析法 (TOF MS) の時間を介して大量良好です。可視/近紫外線 (UV) の光子が十分に精力的なテーブル トップ レーザー光源の使用を許可する、余分な電子を削除します。陰イオンの使用の付加的な利益は、photoexcite 低地の不安定な陰イオンの状態にされる電子および中性原子/分子強く相互作用エネルギー体制を表す機能です。速度マップ画像5 (VMI) の使用制服検出効率、低電子運動エネルギーでさえ、すべて放出光電子を監視し、同時に大きさと粒子の速度の方向を明らかにします。
実験の結果、光電子スペクトル (親陰イオン内部エネルギー分布の詳細) と娘の中立的な内部状態のエネルギーと光電子の角度分布を含む光電子イメージ (関連、電子軌道離脱前)。技術の特に興味深いアプリケーションは、fs 時間分解研究で発見されます。初期の超高速のレーザー パルス (ポンプ) を解離性陰イオンの電子状態に励起し、2 番目は一時的超短パルス (プローブ) を遅延し、興奮して陰イオンから電子を切り離します。ポンプ プローブ時間差制御原子の運動のタイム スケールのシステムのエネルギー状態とシステムの軌道の性質の変化の進化に依存します。例は、私の光解離2−その他の interhalogen 種6,7,8,9、断片化および/または電子ホテル私−·uracil1012,,11,13私−·thymine13,14、私−·adenine15、私−·nitromethane16、 17と私−·acetonitrile17クラスター イオンと CuO2−光励起後の Cu−原子陰イオンの生産のためこれまで予想以上に長いタイム スケールの啓示18。
図 1は、セントルイス (WUSTL) 陰イオン光電子イメージング分光計19のワシントン大学を示しています。計測器は、差動排気型の 3 つの領域で構成されます。10−5 Torr の圧力で動作し、放電イオン源20と静電型イオン抽出プレート ソース室でイオンが生成されます。イオンは、ワイリー マクラーレン TOF MS21 (TOF チューブ内の圧力は 10− 8 Torr) の質量で区切られます。イオンの検出とプローブは、VMI レンズ5と荷電粒子検出器を含む検出領域 (10− 9 Torr の圧力) で行われます。楽器の主要なコンポーネントは概略図 1b灰色の領域が真空システムに含まれるすべての要素を表すに示します。放電にパルスのノズルからガスを導入します。高い入口圧力を相殺するため真空油拡散ポンプを使用してソース チャンバーが維持されます。放電領域は、図 2 aで詳細に示されています。高電位差は、テフロンのスペーサーのシリーズがノズルの顔から絶縁されている電極間に適用されます。実際には、テフロンはフッ素原子の後で示されている結果のソースとして機能します。
放電は、陰イオン、陽イオンおよび中性種の混合物を生成します。イオン抽出プレート、イオン加速スタック、潜在的なスイッチ、マイクロ チャンネル プレート (MCP) (図 1 b) を形成する 2 つの m (負) の電圧パルスのイオン抽出プレートへの応用によって長いワイリー マクラーレン TOF さんイオンを抽出し、その後全てのイオンは同じ運動エネルギーに加速しました。アインツェル レンズ小さくイオンビームの空間の断面抽出パルス振幅の変化は VMI のレンズでその到着時間を当てています。陰イオンは、潜在的なスイッチ22、質量識別子としてのタイミングは、機能を使用してグランドに再度参照されました。陰イオン選択を実現するには、可視/近紫外線の光子パルスの到着の VMI レンズの陰イオンの到着時刻を同期します。イオンの分離・検出領域イメージング検出器を保護するのにオイル無料ターボポンプを使用します。
陰イオンおよび光子光電子シュタインメッツ固体、イオン ・ レーザーのビーム間の重複を表す空間のボリューム全体を生成する対話します。VMI レンズ (図 2 b) は、検出器をすべて光電子に到達し、光電子の運動量の空間分布が維持されることを確保するための目的は 3 つのオープン電極で構成されています。これを達成するには、ようになり、原点の空間のポイントに関係なく同じ初期速度ベクトルと電子の検出は検出器上の同じ点で抽出、そしてリペラーに異電圧が適用されます。検出器は、電子乗算器として機能するシェブロン一致の Mcp のセットで構成されます。各チャンネルは、ゲインのローカライズと最初のインパクトの位置を維持する少数のミクロン オーダーの直径を有する。MCPs の後ろの蛍光体スクリーンは、電荷結合素子 (CCD) カメラを使用して記録されている光のフラッシュとして増幅電子パルスで位置を示します。
タイミングと必要な各種の電圧パルスの期間は、デジタル遅延ジェネレーター (イージス、図 3) のペアを使用して制御されます。全体の実験は、10 Hz の繰返し速度とショット毎ごとに繰り返されます。各ショットのイオン、光子のいくつかのカメラのフレームごとのいくつかの検出イベントの生産をやり取りします。数千のフレームは、イメージに蓄積されます。イメージの中心は運動量空間の原点を表し、したがって中心 (r) からの距離は電子の速度に比例。角度 θ (光子の分極方向) を基準にして電子の速度の方向を表します。イメージには、検出イベント密度の分布が含まれています。したがって、それも表示できます (特定の時点) の電子の検出のための確率密度を表す。イメージを表す波動関数 (ψ) の生まれの解釈を呼び出す | ψ |2光電子23。
3 D 電子の確率密度は放射線の電気ベクトル (εp) では、情報の結果としてスクランブル偏波について円筒対称です。数学的に元の分布の再構成を実現24,25,26,27。復興に (電子) の半径方向分布が適切なヤコビ変換のアプリケーションを介してエネルギー ドメインに変換運動量 (速度) ドメイン光電子スペクトル。
イメージ分光器 (図 1) をこれらの実験で使用される陰イオン光電子は、特注計測器28です。プロトコルの表 1と表 2に設定、F−生産とその光電子分布のイメージングは、この楽器に固有です。デザインのいくつかの同様のバージョンが様々 な研究所6,29,30,31,32,33,34で使用されます。,35,36,37,38,39,40,41,42, がない 2 つの楽器は、そっくりです。さらに、機器の設定、強く相互依存と条件、機器寸法の小さな変化に非常に敏感。
Protocol
Representative Results
Discussion
2 つの要因は、特に記述プロトコルの成功にとって重要です。最高の可能な速度のマッピング条件を決定する必要がありより重要な目的の陰イオンの十分なと比較的時間不変の収量を生成する必要があります。VMI の手順に焦点を当て、に関する鮮明な (最も狭い) 像を与える条件を決定するための画像解析とタンデムで 5.2 と 5.3 の手順を繰り返す必要があります。一度特定のシステムのため?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この材料はチェ – 1566157 下の国立科学財団によってサポートされる作業に基づいてください。
Materials
| Digital Delay Generators | Berkeley Nucleonics Corp. | 565-8c | DDG1 |
| Digital Delay Generators | Berkeley Nucleonics Corp. | 577-8c | DDG2 |
| HV Power Supplies | Stanford Research Systems | PS325 | V3 |
| HV Power Supplies | Stanford Research Systems | PS325 | V2 |
| HV Power Supplies | Stanford Research Systems | PS325 | V5 |
| HV Power Supplies | Burle Inc. | PF1053 | V9 |
| HV Power Supplies | Burle Inc. | PF1053 | V4 |
| HV Power Supplies | Burle Inc. | PF1053 | V10 |
| HV Power Supplies | Burle Inc. | PF1054 | V9,V11 |
| HV Power Supplies | Bertan | 205B-05R | V6 |
| HV Pulsers | Directed Energy Inc. | PVX-4150 | V2 |
| HV Pulsers | Directed Energy Inc. | PVX-4140 | V1 |
| HV Pulsers | Directed Energy Inc. | PVX-4140 | V11 |
| HV Pulsers | Directed Energy Inc. | PVX-4140 | V3 |
| Pulsed Nozzle Driver | Parker Hannifin (General Valve) | Iota-One | |
| Pulsed Nozzle | Parker Hannifin (General Valve) | Series 9 | |
| Camera | Imperx | VGA120 | |
| Imaging Detector | Beam Imaging Systems | BOS40 | |
| Oscilloscope | LeCroy | Wavejet 334 | |
| Photodiode | ThorLabs | DET10A | |
| Diffusion Pump | Leybold | DIP 8000 | |
| 2×Turbo Pump | Leybold | TMP361 | |
| Rotary Pump | Leybold | D40B | |
| 2×Rotary Pump | Leybold | D16B | |
| Oxygen Gas | Praxair | OX 5.0RS | |
| Tunable Laser | Spectra Physics Sirah Dye Laser | Cobra-Stretch | |
| Pump laser for Dye Laser | Sepctra Physics Nd:YAG | INDI-10 |
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