基于离子阱和慢电子成像的精密负离子光谱测量

Electron affinity (EA) is one of the most basic properties of atoms and molecules. It is a key parameter in many fundamental areas, such as chemical reactions, plasma physics, atmosphere chemistry and physics, astrophysics. At current stage, the experimental accuracy of some atomic or molecular EAs is quite low. The typical uncertainty of molecular EAs is about 10 meV, while 1 meV for atoms. For example, the EA of Fe atom is 0.151(3) eV. We proposed a new method using slow electron imaging combined with a cold ion trap to improve the accuracy at least one order of magnitude. The measured uncertainty of molecular EAs will lower than 1 meV. The atomic EAs determined using the interference in the extremely slow electron imaging will approached the accuracy 0.001 meV. For some dipolar molecules, the accuracy may achieve the natural line width or the laser line width using the dipole-bound state. The high precision experimental values will provide benchmarks for various theoretical models.

电子亲和能是原子分子的基本属性之一，其对化学反应、等离子物理、大气物理化学、天体物理等都很重要。目前的一些重要的原子分子的电子亲和能测量精度不高，对分子不确定度在10 meV左右，对一些原子不确定度有在1 meV左右，如Fe原子的电子亲和能0.151(3) eV。计划利用冷离子阱和慢电子成像相结合的方法对原子分子的电子亲和能进行精密测量，使用该方法可以将测量精度提高10倍以上。对于分子的电子亲和能测量精度将好于1meV，对于原子利用极慢电子成像中的干涉效应甚至可以将测量精度提高到0.001 meV。对于一些极性分子，还可以通过偶极束缚态，对分子的电子结构实现接近自然线宽或激光线宽的精密测量。精密测量的实验结果将成为各种理论计算的检验标准。

电子亲和势是原子分子的基本参数之一，其对化学反应、等离子物理、大气物理化学、天体物理等都很重要。项目按计划对一些重要的原子分子的电子亲和势进行了精密测量。项目执行期间建成了超高能量分辨的慢电子成像装置，研制成功了钠蒸汽辅助的激光溅射负离子源。慢电子成像的能量分辨率可以达到2%，对低能电子，可以实现好于0.1 meV的绝对能量分辨率，这是目前报道的最好能量分辨率。完成了脱氢尿嘧啶和胸腺嘧啶负离子的偶极束缚态的高精度测量和计算。完成多个过渡族元素电子亲和势的高精度测量，将Nb，Fe，V，Zr，Pb等原子的电子亲和势的测量精度提高到~0.05 meV，比之前得报道结果提高了两个量级，并得到负离子的精细结构。对Re的电子亲和势的精密测量，澄清了Re负离子是否稳定存在问题。此外，还发展了光电子角分布计算程序。精密测量的实验结果将成为各种理论计算的检验标准。