利用非弹性X光散射技术研究气相Ne、Ar和Kr原子价壳层激发的动力学性质

原子分子的价壳层激发性质一直以来都是一个重要但是困难的问题。特别是缺乏有效的实验手段来验证理论模型和理论计算的结果。随着第3代同步辐射装置和探测器的发展，X光非弹性散射技术已经被广泛用于密度较高体系中的激发动力学性质研究，并被证实是一个强大的工具。但是，对于低密度气相原子和分子的研究，刚刚起步。本项目利用非弹性硬X光散射技术系统研究气相Ne、Ar和Kr原子中的康普顿激发过程。在高能量分辨率下，获得大动量范围内的康普顿激发绝对微分散射截面，并研究相关的激发机制。非弹性X光散射微分散射截面提供了原子分子激发态波函数的完整信息，因为其中同时包含了和初、末态波函数相关的能、动量的信息。该截面能够直接并严格检验理论计算方法及其得到的波函数。

在青年基金的资助下，经过近3年的相关研究工作，利用X光非弹性散射技术(IXS)研究气相Ar, Ne和N2原子分子的价壳层电子激发的动力学性质取得了一些成果，圆满完成了项目的计划，在Physical Review A国际SCI期刊上发表了3篇通讯作者文章。主要成果包括：.1. 利用高分辨X光非弹性散射技术IXS研究了Ne原子价壳层激发的动力学性质。实验结果清楚的分辨了电单极、偶极和四极激发。为Ne原子平方形状因子的研究提供了基准级的数据。实验结果和考虑了电子关联的无规相近似计算高度吻合。和电子能量损失谱的结果比较发现，对于偶极禁戒的激发来说，IXS和EELS的结果吻合较好。而偶极跃迁的结果存在较大差异，这可以通过二阶波恩近似得到很好的解释，因为偶极跃迁中电子碰撞的二阶波恩项影响较大，而偶极禁戒的情况二阶波恩项可以忽略。这说明对于EELS来说，原子内多重散射对于电偶极激发来说不可忽略。.2. 利用70meV能量分辨的高分辨X光非弹性散射IXS研究了Ar原子的电单极激发，电偶极激发，以及电四极激发的平方形状因子。和Ne原子的结果不同，Ar原子的结果显示q2>3 a.u.时，电偶极3p54s’[1/2]1和q2<1.5 a.u.时的电单极3p54p[1/2]0的非弹散射结果和RPAE计算之间有较明显的差异。这可能是由于对于Ar这种较重的原子来说，较难获得准确的波函数和较难处理电子关联。和EELS的结果比较显示，对于Ar来说，即使是2500eV的高能EELS, 第一波恩近似也不能满足。.3. 利用高分辨X光非弹性散射技术IXS研究了N2分子12-13.3eV能量区间的振动激发的动力学性质。为氮分子的平方形状因子研究提供了基准级的实验数据。利用70meV能量分辨的IXS研究了氮分子震动激发的非弹性平方形状因子(ISFF)。通过比较之前EELS的结果，发现对于偶极允许的跃迁b 1Пu在小的动量转移范围内，300eV的EELS 第一波恩近似是满足的，但是对于偶极偶极禁戒的跃迁a’’ 1Σg+，500eV下的EELS第一波恩近似也不能达到。另外，结果还显示b 1Пu（ν’=3,4）和b 1Пu（ν’=1,2）的动量转移依赖关系是不同的，这可能来自于c3 1Пu对b 1Пu的干扰。