掠射条件下原子和离子在离子晶体表面负离子转化研究

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原子(离子)与离子型晶体表面相互作用在过去几十年被广泛关注,其研究有助于理解催化、气体敏化、吸附等物理过程,其电子转移的动力学信息在化学吸附和反应中起重要作用。这些信息可以利用原子或离子与各种不同种类的离子型晶体(碱金属卤化物和氧化物)掠射过程,通过散射粒子的电荷态分析获取。实验表明:尽管存在抑制共振电子转移的大的禁带,负离子转化效率依然反常的高。该结果难以通过广泛用于原子(离子)在金属表面的掠射模型进行解释。负离子的形成与有效的电子俘获过程紧密相关,同时电子损失过程也不能被忽略。现有的处理掠射条件下原子(离子)与离子型晶体作用的负离子形成理论(第一性原理计算、团簇计算以及含参数模型),由于未考虑负离子的电子损失过程,致使其仅能描述低速负离子形成阈值附近的负离子形成过程。本工作通过在电子俘获过程中考虑关键的ML-极化作用、镜像作用,以及形成负离子在与表面阴离子作用过程中亲和电子的库伦位垒隧穿损失,得到一个能够重复整个速度范围内的负离子形成过程且适用于任何AB型离子晶体的简单模型。将该模型应用于O→KCl(100),O→KI(100)和F→KCl(100)体系,研究了原子-绝缘离子晶体掠射过程中的负离子转化,细致分析了电子亲和势和晶格常数对最终负离子产额的影响,理论和实验结果符合很好。针对在极低速(v=0-0.1 a.u.)负离子掠入射下,库伦位垒隧穿不适用的情况,提出了基于Landau-Zener准分子非绝热势能曲线交叉,引入负离子亲和电子损失到表面阳离子过程的理论模型,成功解释了实验现象。
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