＼1 OCS+

●oだコoO 15000

10000

5000

ぴ,s・・＼l C+

30000CS+

1000200030004000 TOF(ns)

ω芒コoO

2000

1000

C2+

02+

0+,S2+

α1

図3'310CS反跳イオンのTOFスペクトル(左:Ar7+

c3c詳

S2+

C2+02+C+0+CO+4000

3500

3000 需 5 N2500

LL o←

2000

1500

1000 10001500

■

CS+ ₌

三

鐸

ミ^β

気摂_鞠

職

^と^〜 ^{臓、} ^S+

1

■

一

■

一

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一

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S2+,0+

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02+

■

噛

■ loI・ 1'騨'

200025003000

TOF1(ns)

35004000

100

図3'33散乱イオンがAr6+のOCSのDouble・hitCoincidenceMap

Double‑hitCoincidenceMapから各島を切り出し、イオンーイオンの二体解離における分岐比を算出した(表3‑6)。全体として多価Sイオンが生成されやすく、 OCS2+、OCS3+の解離ではCS結合の方がCO結合に比べ切れやすい。これは他の衝突実験の結果と同じである[61‑63]。

表3・60CSイオン・イオンニ体解離の分岐比反跳粒子 Ratio{%}:Ar7+ Ratio{%}:Ar6+

(CO++S+)

^72.9 ^15.2

(CO++34S+}

^5.4 ^0.8

(0++CS+)

^3.2 ^0.9

{CO++S2+}

^16.6 ^68.8

(CO++ヨ4S2+} α8 3.4

に02++S+) 1.1 5.4

10++CS2+}

^1.5

(CO2++S2+}

^2.1

{CO++S3+}

^1.9

図3‑34と図3‑35に散乱イオンがAr7+とAr6+のときのTriple‑hitCoincidenceMap

を示す。散乱イオンAr7+では最大(4‑C/3‑A)の解離イベントまでが解離が観測された。Ar6+では最大(6‑C/4‑A)の解離イベントまでが観測された。

3500

3000

22SOO 訂 L O2000

←

1500

S2+

C+0+ S+

■

■ ^白!ウ

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■ 「、

■

漆^、^、^〔・「 ^'〆5^一 ^$2㌔0+

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. /

♂5

,ず1ノ

■

●

騨1.1.1● ■ 「

1000

100015002000250030003500 TOF1,3(ns)

図3・34散乱イオンがAr7+のOCSのTriple'hitCoincidenceMap

S2+

C2+02+C+0+3500

3000

22SOO 斎 L O2000

←

1500

S+

■

. 轟

も

菱ノ^ノ

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き

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̀ρ 名§2+,0+

一≡

璽

… 噸

■

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笠茎

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竃レ鱒じ輩

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‑ '㌧

〜纏蘂♂ ^{r」〜}購・姫=醜c・^{}℃ 丁轟㌧}

02+

・

騨 .「.1. ■

1000

100015002000250030003500 TOF1,3(ns)

図3・35散乱イオンがAr7+のOCSのTriple・hitCoincidenceMap

Triple‑hitCoincidenceMapから各島を切り出し、三体解離における分岐比を算出した(表3‑7)。ocsq+(q‑4,5)の解離ではSイオンの価数が高いほうが生成されやすい。またSイオンの価数が同じ場合Cイオンの価数が高いほうが生成されやすい。これはS原子のイオン化エネルギーが一番小さく、0原子が一番大きいためである(表3‑8)。この結果はCO、CO2解離の結果と矛盾しない。

表3'70CS三体解離の分岐比

反跳粒子

Ratio〔%)IAr7+

Ratio(%}IAr6+

(0++C++S+}

^99.9 ^45.7

{02++C++S+}

^5.8

{0++C2++S+}

^8.6

(0++C++S2+)

^O.1 ^26.7

(02++C2++S+)

^0.5

(02++C++S2+)

^2.9

{〇++C2++S2+) 8.1

(0++C++S3+)

^1.2

{02++C2++S2+}

⁰⁵

表3'8各原子のイオン化エネルギー

1皿皿】V

O C s

13.̀35曇154曇977曇4 11224,447,9̀4.5 10.423.435』47r3

3.4.3KER

図3‑36に(CO+,S+)の解離チャネルにおけるKER分布を示す。オージェ電子放出数の違いによらず差の無いKER分布となった。CO2標的の(CO+,0+)の解離と同様に、高励起状態のOCS2+は三体解離してしまうため、検出できる解離イベントは低エネルギーからの解離成分であると考えられる。このKER分布は5 MeVSil2+の衝突実験のKER分布と同様の分布となった[62]。このことから(CO+, S+)に解離するOCS2+の取り得る電子状態は多価イオンのエネルギーや価数に依存しないことが考えられる。

1.2 ‑2‑Capture/O‑Auger

‑2‑Capture/l‑Auger 1.0

畜聾o'a

莞。.、

嘉

歪o・4 o.2

0.O OlO20304050

KER(eV)

図3・36(CO+,S+)解離のKER分布

図3‑37に(0+,CS+)の解離チャネルにおけるKER分布を示す。表3‑6の分岐比から分かるとおり、散乱イオンAr6+における(0+,CS+)解離イベントは少なく散乱イオンごとでの比較は難しいが、KER分布に差の無い結果となった。

1.2 m8控U4ααα

惹讐250葺﹄o匡

0.2

一2‑Capture/0‑Au菖er

‑2‑Capture/1‑Auger

o.0 01020304050

KER(eV)

図3・37(0+,CS+)解離のKER分布

図3‑38と図3‑39にOCS3+の二体解離におけるKER分布を示す。どちらの解離チャネルにおいてもオージェ電子放出数の少ない方がわずかに高エネルギー成分の多いKER分布となった。これはCO22+の解離と同様、解離生成物に分子イオンCO+を含むためであると考えられる。

1.2

佃

00004Uαα

君石=250お﹄卍

0.2

一3‑Capture/1‑Auger 3‑Capture/2‑Au菖er

0.0 01020304050

KER(eV)

図3・38(CO+,S2+)解離のKER分布

12 mαBα6

㎝

診旧㎝=oゼ完≧μ﹄o匡

一3‑Capture/1‑Auger 3‑Capture/2‑Auger

0.0 01020304050

KER(eV)

図3・39(CO2+,S+)解離のKER分布

図3‑40に(0+,C+,S+)の解離チャネルにおけるKER分布を示す。CO23+の三体解離と同様にKER分布に大きな差が出る結果となり、(3‑C/1‑A)では(3‑C/2‑A) に比べて高励起状態のOCS3+からの解離が多いことが確認された。

1.2

佃

00004巳αα

︾ぢ=250>旧"﹄卍

o.2

3‑Capture/1‑Auger 3‑Capture/2‑Auger

o.0

020406080100

KER(eV)

図3・40(0+,C+,S+)解離のKER分布

図3‑41にOCS4+からの三体解離おけるKER分布を示す。KERピーク値は(0+, C2+,S+)、(02+,C+,S+)、(0+,C+,S2+)の順に49.OeV、45.OeV、44.OeVとなった。それぞれの解離チャネルにおけるクーロン値は48.4eV、44.5eV、41.3eVであり、KERピーク値とほぼ一致する結果となった。またこの結果は手塚の実験結果と同様の結果となった[59]。

1.2 mnOβ04TOハUO

>9旧ω⊆250≧届一〇匡

0.2

0.0

020406080100

KER(eV)

図3・41散乱イオンAr6+におけるOCS4+解離のKER分布

3.5C2H4

多原子分子の多重イオン化による分子の解離ではより複雑な現象が観測される。例えば、2種類のエネルギーの異なるAr8+との衝突によって二重イオン化されたCH30H2+の解離では分子内水素移動で形成されるH3+が観測されている [65,66]。高強度レーザー照射実験によるCD30H2+の解離で形成されるHD2+とD3+

には途中、75〜230fsの寿命を持った中性D2が存在することが確認された[24]。

このように分子サイズに比べ価数が小さい場合、多価分子イオンは長寿命化するとともに、解離スキームは古典的クーロンモデルから離れると考えられる。高強度レーザー照射によって二重イオン化されたC2H42+の解離では準安定C2H3+

が寿命を持って解離する遅延解離が観測されている[25]。この遅延解離過程は遅い成分と早い成分の2成分で構成されている。また遅い成分の減衰曲線は指数関数に従い、フィッティングからその寿命は約500nsであることを示した。本研究では低速多価イオン衝突によって電子捕獲されたC2H42+の解離ダイナミクスに関する知見を得ることを目的とした。また、標的では速度の異なる2種類の多価イオンを用いて衝突実験を行ったため、C2H42+の解離におけるエネルギー依存性についても調べた。用いた多価イオンは120keVAr8+と60keVAr4+であ

り、それぞれの速度は0.35a.u.(3.OkeV/u)と0.25a.u.(1.5keV/u)である。

3.5.lTOFスペクトル

Ar8+‑C2H4衝突実験によって得られたTOFスペクトルを図3‑42に示す。散乱イオンAr7+では一価の親イオンC2H4+が多く観測された。1760ns付近のシャープなスペクトルはC2H42+である。散乱イオンAr6+のときではAr7+のときに比べ、 C2H。+(n=0〜3)の反跳イオンは少なく、CH。+(n=0〜2)はブロードなスペクトルとなった。これは同一電子捕獲過程におけるC2H4分子イオンが散乱イオンAr7+の

ときに比べ高いエネルギー準位にあり、大きな運動エネルギーを持って解離していることを示唆している。また散乱イオンAr6+においてC2H42+は観測されなかった。このことからC2H42+は(2‑C/1‑A)の場合のみで観測されることが明らかになった。

散乱イオンAr6+のTOFスペクトルにおいてC2H4+のピークが観測されていることから、測定トリガーにAr7+が混入していることが示唆される。しかし、C2H4+

のカウント数を比較すると混入したAr7+トリガーイベントは1%以下であるので、無視できるものとした。

40000

30000 程 30

20000

10000 H+

H2+

C2H42+,CH2+

CH+

想

C2H4+

C2H3+

C2H

c戴

12000

10000

8000

馨

ε ・…

4000 13CCH4+2000

/

川紹

＼

01000200030000100020003000

TOF(ns)TOF(ns)

図3・42Ar8㌧C2H4衝突における反跳イオンのTOFスペクトル (左:Ar7+右:Ar6+)

Ar4+‑C2H4衝突実験によって得られたTOFスペクトルを図3‑43に示す。散乱イオンAr3+、Ar2+どちらの場合においてもAr8+‑C2H4衝突実験のTOFスペクトルと変わらない結果となった。Ar4+衝突においてC2H42+は散乱イオンAr3+の場合でのみ観測された。つまりC2H42+は(2‑C/1‑A)でのみ観測することができる。本実験における散乱イオンAr2+での測定ではC2H4+が観測されなかったことからAr3+トリガーが全く混入しないことを示している。これは60keVAr4+の速度が120keVAr8+に比べ遅く、価数の異なる散乱イオンの分離幅が大きくなるためである。

40000

30000 馨

3 020000

10000

0500

CH+

想

C2H3+

ドキュメント内修士学位論文 (ページ 52-60)

α1

c3c詳

鐸

職

1

執

TOF1(ns)

表3・60CSイ オ ン・ イ オ ン ニ体 解 離 の分 岐比 反跳粒子 Ratio{%}:Ar7+ Ratio{%}:Ar6+

(CO++S+)

(CO++34S+}

(0++CS+)

{CO++S2+}

10++CS2+}

(CO2++S2+}

{CO++S3+}

表3'70CS三 体 解 離 の分 岐比

反跳粒子

Ratio(%}IAr6+

(0++C++S+}

{02++C++S+}

{0++C2++S+}

(0++C++S2+)

(02++C2++S+)

(02++C++S2+)

(0++C++S3+)

{02++C2++S2+}

表3'8各 原 子 のイ オ ン化 エネ ル ギ ー

3.4.3KER

佃

㎝

佃

3.5C2H4

3.5.lTOFス ペ ク トル

想

c戴

/

川 紹

＼

想

表3・60CSイオン・イオンニ体解離の分岐比反跳粒子 Ratio{%}:Ar7+ Ratio{%}:Ar6+

表3'70CS三体解離の分岐比

表3'8各原子のイオン化エネルギー

3.5.lTOFスペクトル

川紹