100
10
1
図3・14散 乱 イ オ ンAr7+のCOのCoincidenceMap
2500
2250
2000 需 5
N1750 1」.
o
←1500
1250
C3+03+C2+02+C+
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750100012501500175020002250 TOF1(ns)
図3'15散 乱 イ オ ンAr6+のCOのCoincidenceMap
表3‑3に イ オ ン ーイ オ ン の 二 体 解 離 に お け る 分 岐 比 を 示 す 。 散 乱 イ オ ンAr7+で は(C+,0+)の 解 離 が ほ と ん ど で あ り 、 最 大(4‑C/3‑A)の 解 離 イ ベ ン トが 観 測 さ れ た 。Ar6+で は(C2+,0+)の 解 離 が 主 で あ り 、 最 大(5‑C/3‑A)の 解 離 イ ベ ン トが 観 測
さ れ た 。
表3・3COイ オ ン・ イ オ ンニ 体解 離 の分 岐 比 反跳粒子 Ratio(%}:Ar7+ Ratio{%}:Ar6+
(C+,0+)
89.8 5.9{C2+,0+)
8.8 63.1{C+,02+}
1.1 21.2lC3+,0+)
1.5(C2+,02+)
03 7.9{c+,03+}
0.3(C3+,02+}
0.13.2.3KER
(C+,0+)解 離 のKER分 布 を 図3‑16に 示 す 。 図 中 黒 線 は ク ー ロ ン 値 、 緑 色 矢 印 はIUACのKERピ ー ク 値 を 示 し て い る 。(2‑C/1‑A)で のKERピ ー ク 値 は9eV
と な り 、 ク ー ロ ン 値 よ り低 い 値 と な っ た 。(2‑C/1‑A)に お け るKERピ ー ク 値 と IUACの ピ ー ク 値 は 異 な る が 、 同 じ よ う なKER分 布 と な っ た[52]。(2‑C/0‑A)に お け るKERピ ー ク 値 は20eVと な り 、 ク ー ロ ン 値 よ り 大 き な 値 と な っ た 。(2‑
C/0‑A)は オ ー ジ ェ 電 子 を 放 出 し な い 過 程 で あ り 、N2を 標 的 と し た 衝 突 実 験 に お い て も 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ る 。CO標 的 に お い て も オ ー ジ ェ 電 子 を 放 出 し な い 解 離 過 程 で は 、 散 乱 イ オ ン が オ ー ジ ェ 電 子 を 放 出 す る 解 離 過 程 に 比 べ 非 常 に 高 い エ ネ ル ギ ー 準 位 か ら 解 離 し て い る と 考 え ら れ る 。 ま た 、(2‑C/0‑A)で のKER分 布 は 高 エ ネ ル ギ ー 側 に 延 び た 分 布 と な っ て い る 。 こ れ は 散 乱 イ オ ン(2‑C/1‑A) に 比 べ(2‑C/0‑A)で はCO2+の 取 り得 る 電 子 状 態 が 多 い こ と を 示 唆 し て い る 。
1.2
m'86⁝4nUnUnU
孟ω5芒τ≧茎o匡
O.2
0,0
020406080100
KER(eV)
図3'16(C+,0+)解 離 のKER分 布
図3‑17と 図3‑18に(C2+,0+)と(C+,02+)の 解 離 チ ャ ネ ル に お け るKER分 布 を 示 す 。 ど ち ら の 解 離 チ ャ ネ ル に お い て も(3‑C/1‑A)の 方 が 、(3‑C/2‑A)に 比 べ 高 エ ネ ル ギ ー 成 分 の 多 いKER分 布 と な っ た 。 こ の こ と か らCO3+は(3‑C/1‑A)の
方 が 高 励 起 状 態 か ら の 解 離 が 多 い こ と が 示 唆 さ れ る 。 ク ー ロ ン 値 とKERピ ー ク 値 を 比 較 す る と 、(C2+,0+)の 解 離 で は ク ー ロ ン 値 よ り低 い 値 と な り、(C+,02+)の 解 離 で は ク ー ロ ン 値 よ り も 高 い 値 と な っ た 。 こ れ はIUACの 実 験 も 含 め 高 速F4+
の 高 速 衝 突 実 験 に お い て も 報 告 さ れ て い る[47,52]。 こ の2つ の 解 離 チ ャ ネ ル を オ ー ジ ェ 電 子 放 出 数 の 同 じ 解 離 イ ベ ン ト ご と に 比 較 す る と 、ど ち ら も(C+,02+)解 離 の 方 が 高 エ ネ ル ギ ー 成 分 の 多 い 分 布 と な っ て い る 。 各 原 子 の イ オ ン 化 エ ネ ル ギ ー か ら 解 離 イ オ ン 種 の 生 成 エ ネ ル ギ ー を 見 積 も る と(C2+,0+)で は49.3eV、(C+, 02+)で は59.9eVで あ り 、 後 者 の 方 が 高 い 。 一 般 的 に 同 じ 電 子 状 態 か ら解 離 し た 場 合 、 解 離 フ ラ グ メ ン トの エ ネ ル ギ ー が 高 い とKERは 小 さ く な る が 、 本 実 験 で は 逆 の 結 果 が 得 ら れ た 。 こ の こ と か ら 、CO3+の 取 る 電 子 状 態 に よ っ て 解 離 経 路 が 異 な る こ と が 示 唆 さ れ る 。
1.2 m36'400.0
>莞⊆B50葺﹄o匡
0.2
0.0 020406080100
KER(eV)
図3・17(C2+,0+)解 離 のKER分 布
1.2
冊
3640α0︾卸旧の⊆950≧↑﹄o匡
O.2
0,0
020406080100
KER(eV)
図3'18(C+,02+)解 離 のKER分 布
図3‑19に 散 乱 イ オ ンAr6+(4‑C/2‑A)に お け るCO4+解 離 のKER分 布 を 示 す 。 (C+,03+)、(C2+,02+)、(C3+,0+)の 解 離 に お け るKERの ピ ー ク 値 は そ れ ぞ れ61 eV、51eV、49eVで あ っ た 。0の イ オ ン の 価 数 が 小 さ く な る に つ れKERピ ー ク 値 が 小 さ く な る 結 果 と な っ た 。IUACの 実 験 で は(C+,03+)の 解 離 は 観 測 さ れ て い な い が 、 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ 、KER分 布 も 同 じ よ う な 分 布 と な っ た[52]。 そ れ ぞ れ の 解 離 チ ャ ネ ル のKER分 布 の 違 い はCO3+の 解 離 と 同 様 、CO4+の 取 る 電 子 状 態 に よ っ て 解 離 経 路 が 異 な る こ と を 示 唆 し て い る 。
1.2
冊
β6'400,0惹の5芒冨≧茎o匡
0.2
0,0 050100150
KER(eV)
図3・19散 乱 イ オ ン がAr6+に お け るCO4+解 離 のKER分 布
3.3CO2
多重 イ オ ン化 され た 三 原 子 分 子 の解 離 で は 、 二原 子 分 子 の解 離 に比 べ て複 雑 な現 象 が観 測 され る[23,64,73]。 多重 イ オ ン化 に よる解 離 にお い てCO2は 直線 三 原 子 分 子 のモ デ ル 分 子 と して研 究 が行 われ て い る。 軟X線 に よ る内核 イ オ ン化 [1‑4]、電 子 衝 突[9‑12]、 高 強 度 レー ザ ー 照 射[16‑18]、 多価 イ オ ン衝 突[53‑59]な ど を用 い て幅 広 い分 野 でCO2の 解 離 ダ イ ナ ミクス に 関す る研 究 が行 わ れ て きた。
低 速Ar8+と の衝 突 実験 で は 、CO23+が 準安 定CO2+を 経 由 して解 離 す る逐 次解 離 が 観 測 され て い る[54]。 よ り高価 数 の分 子 イ オ ンCO2q+(q=4,5)か らの解 離 にお い て もCO2+を 経 由 した逐 次 解 離 が観 測 され て い る[58]。 この 逐 次解 離過 程 のKER は直 接 三 体 解 離 のKERに 比 べ 低 い。 これ はCO2q+(q=3〜5)の エ ネル ギ ー 準位 が 低 い と き に逐 次 解 離 が 起 こ りや す い こ とを示 して い る。 当研 究 室 の 手 塚 は散 乱 イ オ ンの価 数 を 区別 した 衝 突 実 験 を行 い 、 逐 次 解 離 過 程 は散 乱 イ オ ンの 電 子 状 態 に依 存 しな い こ とを示 した[59]。こ の よ うに逐 次解 離 の持 つ 情 報 か らCO2の 解 離 ダイ ナ ミク ス に 関す る知 見 が多 く得 られ て き た。一 方 、散 乱 イ オ ンの 電 子状 態 とCO2の 解 離 過 程 の相 関 に つ い て は あ ま り知 られ て い な い。 本 研 究 で は オ ー ジ ェ電 子 放 出数 を 区別 した解 離 イ ベ ン トを選 別 し、KER分 布 か らオ ー ジ ェ電 子放 出数 と多 電 子 捕 獲 衝 突 に よ り形 成 され たCO2分 子 イ オ ンの 電 子 状 態 の相 関 につ い て考 察 した[60]。
3.3.lTOFス ペ ク トル
CO2を 標 的 と し た 衝 突 実 験 に よ っ て 得 られ たTOFス ペ ク トル を 図3‑20に 示 す 。 こ のTOFス ペ ク トル は 検 出 さ れ た 全 て の 反 跳 イ オ ン のTOFを プ ロ ッ ト し た も の で シ ン グ ル ヒ ッ トか ら ト リ プ ル ヒ ッ ト ま で の イ ベ ン トが 含 ま れ て い る 。 散 乱 イ オ ンAr7+の イ ベ ン トで は 一 価 の 親 イ オ ンCO2+が 優 勢 と な っ た の に 対 し 、Ar6+
の イ ベ ン トで は 解 離 イ オ ン が 優 勢 と な り 、2価 の 解 離 イ オ ン ま で が 確 認 で き た 。 ま た 、 散 乱 イ オ ンAr6+で のC+とC2+の ス ペ ク トル が0+と02+の ス ペ ク トル に 比 べ て 鋭 い の は 、 両 端 の2つ の 粒 子 に 挟 ま れ 運 動 が 制 限 さ れ て い る た め で あ る 。
40000
30000
00002
︒oだコoO
10000
CO22+
O+
4000
3000
0002
のだコoO
1000
CO22+
CO+
0100020003000400001000200030004000 TOF(ns)TOF(ns)
図3・20CO2反 跳 イ オ ン のTOFス ペ ク トル(左:Ar7+右:Ar6+)
3.3.2CoincidenceMap
図3‑21と 図3‑22に 散 乱 イ オ ン がAr7+とAr6+の と き のDouble‑hitCoincidence Mapを 示 す 。Ar7+で は(0+,CO+)の 解 離 チ ャ ネ ル に お い て 右 下 に 延 び る 島 が は っ き り と 確 認 で き る 。 こ れ は 準 安 定CO22+が 寿 命 を 持 っ て 解 離 す る 遅 延 解 離 を 示 し て い る 。Ar6+に お い て も 僅 か だ がCO22+の 遅 延 解 離 成 分 が 確 認 で き る 。 ま た こ の 遅 延 解 離 は1300eVの 電 子 衝 突 実 験 に お い て も 観 測 さ れ て い る[10]。
図3・21
3000
2500
0002
(︒︒⊆)N﹂O﹂.
1500
C2+02+C+0+
蟻転CO+
ギ
・ 唾㌦姿＼ 、藷一驚 、