高能电子入射(Ar)2团簇的原子间库仑退激过程的实验研究

As an inner-shell vacancy is generated in the Van der Waals cluster, the outer-shell electron will jump into the vacancy, during which the excess energy will be transferred to one of the other neutral atoms and ionizes it, then the parent cluster ion with two positive charges will experience coulomb explosion. This whole process is called Interatomic Coulombic Decay (ICD). ICD process involves in the efficient charge and energy transfer process between individual atoms over a long distance, which evokes numerous interests on this topic as soon as it was predicted in the theoretical side. Up to now, the explorations on ICD process are mainly concentrated on X ray, highly charge ion impact with Van der Waals cluster, and the evidently experimental observation on ICD process induced by high energy electron impact with Van der Waals cluster is not reported. In the present application, we plan to investigate the ICD process of Ar2 with high energy electron impact, all of the charged production including electron and ions will be coincidently measured by utilizing Reaction microscope in the Institute of Modern Physics(IMP), CAS. The correlated energy map of electron and ion induced from coulomb explosion will be obtained, which can provide an unambiguous evidence of the occurrence of ICD process in the field of electron impact with Van der Waals cluster. This work will also directly prompt to further understand the mechanism of the charge and energy transfer in the Van der Waals cluster.

当一个内壳层空穴产生于范德瓦尔斯团簇中时, 外层电子向空穴跃迁,跃迁过程中的剩余能量传递给另一个中性原子并使其电离,带有两个正电荷的母体离子发生库仑爆炸,该过程被称为原子间库仑退激(Interatomic Coulombic Decay（ICD）)。ICD过程涉及的是原子之间的电荷转移和能量传递，因此从其被理论预言开始，人们就开始从实验上去研究这种长距离的高效退激过程。截至目前，对ICD过程的研究主要集中在X射线，高电荷态离子与范德瓦尔斯团簇碰撞领域，实验上还没有观测到由高能电子碰撞团簇引起的ICD过程的直接证据。本次申请的目标就是利用中科院近代物理研究所的反应显微成像谱仪，进行高能电子碰撞Ar2团簇的实验研究，符合测量末态出射电子和反冲离子，还原得到电子和离子的能量关联谱，实现对高能电子入射Ar2团簇所诱导的ICD过程的直接观测，推动人们更深刻地理解由电子碰撞引起电荷转移及能量传递机制。

我们知道，原子间库伦退激（Interatomic Coulombic Decay(ICD))是普遍存在于团簇内部相邻原子之间的电荷转移和能量传递的重要途径之一。具体来说，在ICD过程中，入射炮弹首先电离团簇中的一个原子A的内层电子形成空穴，接着其外层电子跃迁至空穴，剩余的能量传递给团簇中的另一个原子B并使其外层电子电离，最后带两个正电荷的团簇离子随即发生库仑爆炸释放能量。重要的是，ICD过程能够产生大量的低能电子，而这些低能电子通过贴附DNA双键结构并使其断裂，该过程被认为是辐射损伤的重要机制。此外，辐射损伤过程一般是由高能光子或者带电粒子诱发，而高能光子和带电粒子产生的二次电子能够引发后续的损伤过程。因此，由电子入射诱导的ICD过程的研究能较好地反映辐射损伤过程中的二次电子的行为，对理解辐射损伤过程的机制有极为重要的参考意义。本项目利用反应显微成像谱仪，开展了中能电子入射Ar2团簇（二聚体）的电离解离过程实验研究。实验中符合测量了ICD过程的出射电子和离子碎片，得到了出射电子的能谱和离子碎片的动能释放(Kinetic Energy Release(KER))，以及KER和电子能量的二维符合谱。在KER分布中发现了两个明显的极大值，我们推断低能区的极大值主要来源于电子入射Ar2团簇的次序双位双电离以及快ICD过程的贡献，高能区的极大值主要来源于辐射电荷转移(Radiative Charge Transfer(RCT))过程和慢ICD过程。结合KER和电子能量的二维符合谱，我们证实了快ICD过程以及RCT过程的发生。