Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

История изучения атомного фотоэффекта

Первый расчет сечения фотоионизации был выполнен М. Штоббе в 1930г., вскоре после завершения создания квантовой механики В. Гейзенбергом и Э. Шредингером. Штоббе рассматривал простейшую систему атом водорода. Зависимость сечения фотоионизации от энергии фотона v(ω) оказалась весьма характерной: сечение на пороге ионизации, т.е. при ω = 1. является конечной величиной и за порогом начинает убывать, причем весьма быстро, как ω(-7/2) при ω≥1. Подобное поведение сечения фотоионизации в дальнейшем будет именоваться водородоподобным.

В течение многих последующих лет считалось, что сечение фотоионизации для всех атомов имеет водородоподобный характер, т.е. функция α(ω) представляет собой ''зубастую'' кривую (рис. 1.1). Видно, что на каждом пороге, соответствующем ионизации все более глубоких оболочек атома, функция α(ω) имеет скачок и затем быстро убывает с ростом частоты ω. Казалось очевидным, что функция α(ω) ведет себя таким образом во всей области энергий фотонов, начиная от порога ионизации наружной оболочки до энергий порядка потенциала ионизации внутренней оболочки. Для не очень тяжелых атомов эта область простирается от единиц электрон-вольт до десятков килоэлектрон-вольт. С ростом заряда ядра Z и частоты фотона со становится необходимым учитывать релятивистские поправки к движению электрона, порядок величины коюрых определяется параметром

Ze²/hc = Zα,
где α = 1/137 — постоянная тонкой структуры, с — скорость света. Впервые релятивистские поправки учитывались в теории фотоэффекта Ф. Заутером в 1931 г. При фотоионизации электронов наружных оболочек эти поправки существенно меньше, поскольку эффективный заряд, в поле которого движутся электроны, меньше заряда ядра, который экранируется зарядом электронов внутренних оболочек. Для наружных и промежуточных оболочек и энергий фотоэлектрона, не превышающих 10 кэВ, релятивистские поправки невелики.

Водородоподобный характер сечения фотоионизации первоначально подтверждался разрозненными экспериментальными данными. Вплоть до 1964 г. имелись данные либо лишь для малых энергий фотона, соответствующих видимому свету, либо для больших — существенно вдали за порогами ионизации промежуточных оболочек. Ситуация резко изменилась в 1964 г., когда в работах советских [1.1] и американских [1.2] ученых были измерены сечения фотопоглощения в области сравнительно низких энергий, порядка десятков сотен электрон-вольт. Эти дацные существенно противоречили водородоподобной модели. Во-первых, было обнаружено, что для ряда атомов значение α(ω) за порогом ионизации сначала возрастает, а затем начинает убывать (рис. 1.2). Далее может наблюдаться минимум (позднее названный минимумом Купера), после чего имеет место второй максимум — уже вдали от порога ионизации. Во-вторых, на некоторых порогах скачки не были обнаружены.

Сопоставление результатов теории и эксперимента показало непригодность водородоподобного приближения — во всяком случае, для наружных и промежуточных оболочек ряда атомов. Стало ясно, что необходимо учитывать существенное отличие среднего поля, действующего на каждый из атомных электронов, от чисто кулоновского ядерного.

Использование более реалистического поля (Дж. Купер, 1964 г.) позволило описать вновь обнаруженные качественные особенности сечения фотопоглощения - его возможный рост за порогом и существование минимумов. Однако различие расчетных и экспериментальных результатов осталось в ряде случаев весьма значительным. Яркий пример тому — сечение фотоионизации 4d(10) -подоболочки ксенона, экспериментальная кривая для которого и результаты расчета представлены на рис. 1.3. Видно, что расчетная кривая не только резко отличается от водородоподобной, но и весьма далека от экспериментальной.

Причин для такого различия может быть две. Во-первых, при описании так называемого ''самосогласованного'' поля, т.е. среднего поля, которое создается совместно всеми электронами атома, Купером были использованы значительные упрощения. Во-вторых, межэлектронное кулоновское взаимодействие не может быть полностью учтено выбором самосогласованного поля. Та его часть, которая не участвует в формировании поля (не учитывается им), называется остаточным или непосредственным взаимодействием. Остаточное взаимодействие определяет, в какой мере движение атомных электронов отличается от независимого движения в самосогласованном поле. В работе Купера непосредственное взаимодействие между электронами не учитывалось.

К началу 60-х годов успехи метода самосогласованного поля, предложенного в 1929 г. Д. Хартри и существенно развитого в 1930 г. В.А. Фоком (метод Хартри — Фока), в описании различных характеристик основных состояний атомов — таких, как его полная энергия, средний радиус, распределение электронной плотности и т.п. — оказались весьма значительными. Поэтому в это время стало принятым представление об атоме как о весьма простой системе, которая с высокой точностью может рассматриваться как совокупность электронов, движущихся независимо в некотором самосогласованном поле. Что же касается непосредственного взаимодействия между электронами атома, то обусловленные им добавки обычно считались малыми. Однако к концу 60-х годов стало ясно, что влияние на процесс фотоионизации непосредственного (остаточного) взаимодействия очень велико. Никакие ''улучшения'' одноэлектронного самосогласованного поля не позволили добиться согласия с экспериментом, в особенности — для наружных и промежуточных оболочек атомов благородных газов. Стало ясно, что продвижение в зтом направлении возможно лишь при учете непосредственного взаимодействия и что обусловленная этим взаимодействием реакция атома носит коллективный характер, в том смысле, что в фотоионизации участвуют все (или многие) электроны ионизуемого атома.

Проведение точного учета непосредственного взаимодействия практически невозможно, поскольку это было бы эквивалентно решению задачи многих тел. В связи с этим важно было развить приближенные методы теоретического описания фотоэффекта сложных многозлектронных атомов.

Непосредственное взаимодействие нарушает независимое движение электронов в атоме, приводит к их корреляции. Поэтому проявления непосредственного взаимодействия будем называть корреляционными эффектами. В дальнейшем покажем, что они велики, причем особенно — во внешних атомных оболочках, а также вблизи порога фотоионизации.

Вдали от порогов фотоионизации зависимость вероятности фотоионизации от частоты фотона достаточно хорошо описывается одноэлектронным приближением без учета релятивистских поправок, а для атомов с большим зарядом ядра - с учетом этих поправок.

Разумеется, корреляционные эффекты должны быть включены в рассмотрение при любых энергиях фотонов, если сам процесс происходит лишь благодаря наличию непосредственного межзлектронного взаимодействия. Так, это взаимодействие делает возможным двухэлектронную фотоионизацию, т.е. удаление из атома двух электронов одним фотоном.

В основном внимание в данной книге сосредоточено на тех областях энергий фотона, в которых роль корреляций велика. Отметим, что именно для таких энергий сечение фотоионизации достигает наибольших значений.

 

Друзья! FSHQ довольно молодой ресурс, мы группа создателей сайта имеем общее увлечение всей нашей жизни в лице этого проекта, мы пытаемся нести пользу людям. Мы не хотим, и не будем заваливать весь проект огромным количеством рекламы для того чтобы была финансовая возможность строить этот ресурс, потому мы решили обратиться к нашим читателям с просьбой поддержать наш проект, всего 5 рублей, большего не просим. Надеемся, что данная сумма не станет большой потерей для бюджета наших посетителей, эта помощь будет просто неоценима, для проекта это жизнь, а вместе с ним живем и работаем мы. Это очень важно для нас. Спасибо! VISA - 4276020013209090; WebMoney - R256677704329; Z164891118384;

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика