Автоионизация — это процесс, при котором атом или молекула в возбужденном состоянии спонтанно испускает один из электронов внешней оболочки , таким образом переходя из состояния с зарядом Z в состояние с зарядом Z + 1 , например из электрически нейтрального состояния в однократно ионизированное состояние. [1]
Автоионизационные состояния обычно недолговечны и , таким образом, могут быть описаны как резонансы Фано, а не как обычные связанные состояния . Их можно наблюдать как изменения в сечениях ионизации атомов и молекул, с помощью фотоионизации , электронной ионизации и других методов.
В качестве примеров можно привести несколько резонансов Фано в спектре экстремальной ультрафиолетовой фотоионизации неона , которые приписываются автоионизационным состояниям. [2] Некоторые из них обусловлены одноэлектронными возбуждениями, например, серия из трех сильных пиков одинаковой формы при энергиях 45,546, 47,121 и 47,692 эВ, которые интерпретируются как состояния 1s 2 2s 1 2p 6 n p ( 1 P) для n = 3, 4 и 5. Эти состояния нейтрального неона лежат за пределами первой энергии ионизации, поскольку для возбуждения 2s-электрона требуется больше энергии, чем для удаления 2p-электрона. Когда происходит автоионизация, девозбуждение n p → 2s обеспечивает энергию, необходимую для удаления одного 2p-электрона и формирования основного состояния Ne + .
Другие резонансы приписываются двухэлектронным возбуждениям. Тот же спектр фотоионизации неона, рассмотренный выше, содержит четвертый сильный резонанс в той же области при 44,979 эВ, но с совершенно другой формой, которая интерпретируется как состояние 1s 2 2s 2 2p 4 3s 3p ( 1 P). [2] Для автоионизации переход 3s → 2p обеспечивает энергию для удаления 3p-электрона.
Электронная ионизация позволяет наблюдать некоторые состояния, которые не могут быть возбуждены фотонами из-за правил отбора. Например, в неоне возбуждение триплетных состояний запрещено правилом отбора по спину ΔS = 0, но 1s 2 2s 2 2p 4 3s 3p ( 3 P) наблюдалось при электронной ионизации при 42,04 эВ. [3] Также использовался ионный удар ионами высокой энергии H + , He + и Ne + . [4]
Если отсутствует основной электрон , положительный ион может автоионизироваться дальше и потерять второй электрон в эффекте Оже . В неоне рентгеновское возбуждение может удалить электрон 1s, создавая возбужденный ион Ne + с конфигурацией 1s 1 2s 2 2p 6 . В последующем процессе Оже переход 2s → 1s и одновременная эмиссия второго электрона из 2p приводят к ионному состоянию Ne 2+ 1s 2 2s 1 2p 5 .
Молекулы, кроме того, могут иметь колебательно- автоионизирующие ридберговские состояния , в которых небольшое количество энергии, необходимое для ионизации ридберговского состояния, обеспечивается колебательным возбуждением. [5]
Когда возбужденное состояние атома или молекулы состоит из составного состояния нейтральной частицы и резонансно присоединенного электрона, автоионизация называется автоотсоединением. В этом случае составное состояние начинается с чистого отрицательного заряда до процесса автоионизации и заканчивается нейтральным зарядом. Конечное состояние часто будет колебательно или вращательно возбужденным состоянием в результате избыточной энергии от процесса резонансного присоединения. [6]
состояния нейтрального и однократно ионизированного неона были получены путем бомбардировки неонового газа ионами H+, He+ и Ne+ в диапазоне энергий 150–250 кэВ.