In­te­ra­to­ma­rer Cou­lomb­zer­fall nach In­ner­scha­len­an­re­gung in van-der-Waals ge­bun­de­nen Ar­gon Clus­tern

Durch eine neue Methode zur effizienten Elektron-Photon-Koinzidenzmessung konnte der direkte Zerfall innerschalen ionisierter Argon Cluster unter Emission eines schnellen Elektrons eines benachbarten Argon Atoms beobachtet werden.

Nach Innerschalenionisation relaxiert ein Argon Atom durch Autoionisation, wobei ein sekundäres Elektron emittiert wird, das sogenannte Auger-Elektron.
Befindet sich das Atom jedoch in einem schwach gebundenen Cluster, so eröffnen sich weitere Zerfallskanäle. Einer dieser Prozesse ist der Strahlende Ladungstransfer (RCT für „radiative charge transfer“), welcher auf den Auger-Zerfall folgt. Hierbei wird ein Elektron eines benachbarten Argon Atoms an das doppelt-ionisierte Argon Ion abgegeben und die überschüssige Energie in Form eines Photons emittiert. Dieser Prozess kann mit Hilfe von Elektron-Elektron-Photon Koinzidenzen eindeutig identifiziert werden.

Ein weiterer Prozess ist der direkte interatomare Coulomb Zerfall (ICD für „interatomic coulombic decay“) nach Innerschalenanregung. Auch hier wird das Innerschalenloch durch ein Valenzelektron gefüllt, jedoch wird die dabei frei werdende Energie nicht zur Autoionisation des Atoms genutzt, sondern durch Coulombwechselwirkung an ein benachbartes Atom übertragen, wodurch dieses ionisiert wird. Das emittierte ICD-Elektron war im Vergleich zum Auger-Elektron schwächer gebunden und zeigt so in dem Flugzeitspektrum eine höhere kinetische Energie. Durch diese Trennung im Spektrum war es möglich den interatomaren Prozess mit dem lokalen Auger-Prozess zu vergleichen. Hierbei werden die Ergebnisse der Elektron-Elektron-Photon Koinzidenzen verwendet, um das Augerspektrum von Clustern und Atomen zu trennen. Dies ergab eine Wahrscheinlichkeit des ICD nach Innerschalenanregung von (0.8±0.2)%. Wegen der geringen Wahrscheinlichkeit, war lange Zeit unklar ob der Prozess überhaupt in Edelgasclustern beobachtbar ist.


 

A. Hans et al., PRR 2, 012022(R) (2020)
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.012022

Dr. Andreas Hans
AGE – Physik mit Synchrotron