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电离效率对激光电离团簇的高价离子产物的影响

曲丕丞 王卫国 赵无垛 张桂秋 李海洋

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电离效率对激光电离团簇的高价离子产物的影响

曲丕丞, 王卫国, 赵无垛, 张桂秋, 李海洋

The influence of ionization efficiency on the multiply charged ions produced by laser-clusters interaction

Qu Pi-Cheng, Wang Wei-Guo, Zhao Wu-Duo, Zhang Gui-Qiu, Li Hai-Yang
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  • 纳秒激光与团簇相互作用产生高价离子逐渐成为分子物理界的热点之一, 为了深入研究团簇电离的本质, 本文以分子结构相似、元素组成相同的苯、环己烯和环己烷的分子团簇为对象, 利用飞行时间质谱研究了其与5 ns的532 nm激光相互作用时电离产物的价态和强度分布. 结果表明: 这三种化合物多光子电离效率苯>环己烯>环己烷, 但其高价离子的价态和比值苯是最低的, 环己烷的碳离子最高价态为4价, C3+和C2+的比值为1.1; 环己烯电离产物C3+和C2+ 的比值降低为0.6; 苯团簇的最高价态只有3价, C3+和C2+的比值约为0.4. 引起这种现象的原因可以归结于高的多光子电离效率会导致团簇多位点的电离, 引起团簇在电子加热到发生碰撞电离之前发生解离, 减小了团簇的尺寸, 进而减少了离子发生碰撞电离产生高价离子的反应时间, 最终阻碍了高价态离子的产生.
    The productions of multiply charged ions in the interactions of intense nanosecond laser pulse with clusters have aroused broad interests in molecular physics. Benzene, cyclohexene and cyclohexane clusters are chosen to study the effect of multiphoton ionization (MPI) efficiency on the relative intensity of multiply charged ions, as they possess similar molecular structures and the same element constitutions. They are ionized with a 5 ns Nd-YAG nanosecond laser. The carbon charge state produced by cyclohexene and cyclohexane is about 4; while by benzene is only about 3. The ratios of C3+/C2+ for cyclohexane, cyclohexene and benzene are 1.1, 0.6 and 0.4, respectively. The relative MPI efficiencies of three molecules are measured to be in the magnitude sequence of benzene > cyclohexene > cyclohenane by diffusion beam. Higher MPI efficiency of molecules can cause more than one molecules to be ionized at the edge of laser pulse, the Coulomb repelling force between adjacent ions leads clusters to early split into small size ones, which will prevent the production of the highly charged ions.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11004190, 21077101); 国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2011YQ05006903, 2011YQ05006904)和辽宁省自然科学基金(批准号: 201102220)资助的课题.
    • Funds: Project supported by National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11004190, 21077101), Special Funds for the Development of National Major Scientific Instruments and Equipment (Grant Nos. 2011YQ05006903, 2011YQ05006904) and the Natural Science Foundation of Liaoning Province, China (Grant No. 201102220).
    [1]

    Wang G H 2003 Cluster Physics (Shanghai: Shanghai Science Technology Press) p1 (in Chinese) [王广厚 2003 团簇物理学(上海: 上海科学技术出版社)第1页]

    [2]

    Krainov V P, Smirnov M B 2002 Phys. Rep. 370 237

    [3]

    Last I, Jortner J 2004 J. Chem. Phys. 121 3030

    [4]

    Last I, Jortner J 2006 Phys. Rev. A. 73 013202-1

    [5]

    Li H Y, Liu J S, Wang C, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2006 Phys. Rev. A 74 023201-1

    [6]

    Saalmann U, Siedschlag C, Rost J M 2006 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39 R39

    [7]

    Castleman A W 2007 Eur. J. Mass Spectrom. 13 7

    [8]

    Symes D, Hohenberger M, Henig A, Ditmire T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 123401-1

    [9]

    Karras G, Kosmidis C 2010 Int. J. Mass Spectrom. 290 133

    [10]

    Zhang N Z, Wang W G, Zhao W D, Han F L, Li H Y 2010 Chem. Phys. 373 181

    [11]

    Kong X L, Luo X L, Niu D M, Li H Y 2004 Chem. Phys. Lett. 388 139

    [12]

    Luo X L, Niu D M, Kong X L, Wen L H, Liang F, Pei K M, Wang B, Li H Y 2005 Chem. Phys. 310 17

    [13]

    Corral I, Palacios A, Yanez M 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18365

    [14]

    Marcalo J, Santos M, Gibson J K 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18322

    [15]

    Thissen R, Witasse O, Dutuit O, Wedlund C S, Gronoff G, Lilensten J 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18264

    [16]

    Wang W G, Li H Y, Niu D M, Wen L H, Zhang N Z 2008 Chem. Phys. 352 111

    [17]

    Zhang N Z, Wang W G, Cang H W, Wang H L, Li H Y 2009 Chem. Phys. Lett. 469 14

    [18]

    Niu D M, Li H Y, Wang W G, Xiao X, Luo X L, Zhang N Z, Hou K Y 2008 Mol. Phys. 106 1389

    [19]

    Kong X L, Luo X L, Niu D M, Zhang X Y, Kan R F, Li H Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 1340 (in Chinese) [孔祥蕾, 罗晓琳, 牛冬梅, 张先燚, 阚瑞峰, 李海洋 2004 物理学报 53 1340]

    [20]

    Xiao X, Li H Y, Luo X L, Niu D M, Wen L H, Wang B, Liang F, Hou K Y, Zhang N Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 5098 (in Chinese) [肖雪, 李海洋, 罗晓琳, 牛冬梅, 温丽华, 王宾, 梁峰, 侯可勇, 张娜珍 2005 物理学报 54 5098]

    [21]

    Zhang N Z, Cang H W, Wang W G, Miao S Y, Jin F, Wu Q H, Hua L, Li H Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4556 (in Chinese) [张娜珍, 仓怀文, 王卫国, 苗书一, 金峰, 吴庆浩, 花磊, 李海洋 2009 物理学报 58 4556]

    [22]

    Niu D M, Li H Y, Liang F, Wen L H, Luo X L, Wang B, Hou K Y, Zhang X X 2005 Chem. Phys. Lett. 403 218

    [23]

    Zhang N Z 2009 Ph. D. Dissertation (Dalian: Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science) (in Chinese) [张娜珍 2009 博士学位论文 (大连: 中国科学院大连化学物理研究所)]

    [24]

    Hagena O F 1992 Rev. Sci. Instrum. 63 1374

  • [1]

    Wang G H 2003 Cluster Physics (Shanghai: Shanghai Science Technology Press) p1 (in Chinese) [王广厚 2003 团簇物理学(上海: 上海科学技术出版社)第1页]

    [2]

    Krainov V P, Smirnov M B 2002 Phys. Rep. 370 237

    [3]

    Last I, Jortner J 2004 J. Chem. Phys. 121 3030

    [4]

    Last I, Jortner J 2006 Phys. Rev. A. 73 013202-1

    [5]

    Li H Y, Liu J S, Wang C, Ni G Q, Li R X, Xu Z Z 2006 Phys. Rev. A 74 023201-1

    [6]

    Saalmann U, Siedschlag C, Rost J M 2006 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 39 R39

    [7]

    Castleman A W 2007 Eur. J. Mass Spectrom. 13 7

    [8]

    Symes D, Hohenberger M, Henig A, Ditmire T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 123401-1

    [9]

    Karras G, Kosmidis C 2010 Int. J. Mass Spectrom. 290 133

    [10]

    Zhang N Z, Wang W G, Zhao W D, Han F L, Li H Y 2010 Chem. Phys. 373 181

    [11]

    Kong X L, Luo X L, Niu D M, Li H Y 2004 Chem. Phys. Lett. 388 139

    [12]

    Luo X L, Niu D M, Kong X L, Wen L H, Liang F, Pei K M, Wang B, Li H Y 2005 Chem. Phys. 310 17

    [13]

    Corral I, Palacios A, Yanez M 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18365

    [14]

    Marcalo J, Santos M, Gibson J K 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18322

    [15]

    Thissen R, Witasse O, Dutuit O, Wedlund C S, Gronoff G, Lilensten J 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 18264

    [16]

    Wang W G, Li H Y, Niu D M, Wen L H, Zhang N Z 2008 Chem. Phys. 352 111

    [17]

    Zhang N Z, Wang W G, Cang H W, Wang H L, Li H Y 2009 Chem. Phys. Lett. 469 14

    [18]

    Niu D M, Li H Y, Wang W G, Xiao X, Luo X L, Zhang N Z, Hou K Y 2008 Mol. Phys. 106 1389

    [19]

    Kong X L, Luo X L, Niu D M, Zhang X Y, Kan R F, Li H Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 1340 (in Chinese) [孔祥蕾, 罗晓琳, 牛冬梅, 张先燚, 阚瑞峰, 李海洋 2004 物理学报 53 1340]

    [20]

    Xiao X, Li H Y, Luo X L, Niu D M, Wen L H, Wang B, Liang F, Hou K Y, Zhang N Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 5098 (in Chinese) [肖雪, 李海洋, 罗晓琳, 牛冬梅, 温丽华, 王宾, 梁峰, 侯可勇, 张娜珍 2005 物理学报 54 5098]

    [21]

    Zhang N Z, Cang H W, Wang W G, Miao S Y, Jin F, Wu Q H, Hua L, Li H Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4556 (in Chinese) [张娜珍, 仓怀文, 王卫国, 苗书一, 金峰, 吴庆浩, 花磊, 李海洋 2009 物理学报 58 4556]

    [22]

    Niu D M, Li H Y, Liang F, Wen L H, Luo X L, Wang B, Hou K Y, Zhang X X 2005 Chem. Phys. Lett. 403 218

    [23]

    Zhang N Z 2009 Ph. D. Dissertation (Dalian: Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Science) (in Chinese) [张娜珍 2009 博士学位论文 (大连: 中国科学院大连化学物理研究所)]

    [24]

    Hagena O F 1992 Rev. Sci. Instrum. 63 1374

  • [1] 王花, 陈琼, 王文广, 厚美瑛. 颗粒气体团簇行为实验研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014502. doi: 10.7498/aps.65.014502
    [2] 刘玉柱, Gerber Thomas, Knopp Gregor. 利用强场多光子电离技术实现对多原子分子离子振动量子态的光学操控. 物理学报, 2014, 63(24): 244208. doi: 10.7498/aps.63.244208
    [3] 王燕, 姚志, 冯春雷, 刘佳宏, 丁洪斌. 355 nm激光光电离甲醛飞行时间质谱的研究. 物理学报, 2012, 61(1): 013301. doi: 10.7498/aps.61.013301
    [4] 程小理, 刘福生, 李永宏, 彭小娟, 张明建. 冲击加载过程中苯的液—固相转变. 物理学报, 2011, 60(9): 090306. doi: 10.7498/aps.60.090306
    [5] 韩小静, 王音, 林正喆, 张文献, 庄军, 宁西京. 团簇异构体生长概率的理论预测. 物理学报, 2010, 59(5): 3445-3449. doi: 10.7498/aps.59.3445
    [6] 周密, 张鹏, 刘铁成, 许大鹏, 姜永恒, 高淑琴, 里佐威. 压强对苯分子费米共振的影响. 物理学报, 2010, 59(1): 210-214. doi: 10.7498/aps.59.210
    [7] 高皓, 廖龙忠, 张朝晖. 离子注入的铝在Si(100)表面的偏析及其引起的纳米团簇和合金晶粒形成现象的实验研究. 物理学报, 2009, 58(1): 427-431. doi: 10.7498/aps.58.427
    [8] 张娜珍, 仓怀文, 王卫国, 苗书一, 金峰, 吴庆浩, 花磊, 李海洋. 乙醚团簇在纳秒激光场中的多价电离及其电子能量分布的研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4556-4562. doi: 10.7498/aps.58.4556
    [9] 杨 明, 刘建胜, 蔡 懿, 王文涛, 王 成, 倪国权, 李儒新, 徐至展. 低密度大尺寸团簇形成的诊断研究. 物理学报, 2008, 57(1): 176-180. doi: 10.7498/aps.57.176
    [10] 常德远, 郑 凯, 卫 延, 李 彬, 傅永军, 魏 淮, 简水生. 铋镓共掺的高浓度掺铒石英基光纤中铒离子团簇率的实验研究. 物理学报, 2008, 57(1): 556-560. doi: 10.7498/aps.57.556
    [11] 胡良均, 陈涌海, 叶小玲, 王占国. Mn离子注入InAs/GaAs量子点结构材料的光电性质研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4930-4935. doi: 10.7498/aps.56.4930
    [12] 袁勇波, 刘玉真, 邓开明, 杨金龙. SiN团簇光电子能谱的指认. 物理学报, 2006, 55(9): 4496-4500. doi: 10.7498/aps.55.4496
    [13] 肖 雪, 李海洋, 罗晓琳, 牛冬梅, 温丽华, 王 宾, 梁 峰, 侯可勇, 董 璨, 邵士勇. 纳秒强激光中丙酮团簇增强的多价电离现象. 物理学报, 2006, 55(2): 661-666. doi: 10.7498/aps.55.661
    [14] 乐仁昌, 林刚勇. 理想条件下氦氡团簇离子垂直移动速度的理论计算. 物理学报, 2005, 54(9): 4113-4116. doi: 10.7498/aps.54.4113
    [15] 罗晓琳, 孔祥蕾, 牛冬梅, 渠洪波, 李海洋. 团簇增强的纳秒激光电离产生Xez+(z≤20)高价离子. 物理学报, 2005, 54(2): 606-611. doi: 10.7498/aps.54.606
    [16] 肖 雪, 李海洋, 罗晓琳, 牛冬梅, 温丽华, 王 宾, 梁 峰, 侯可勇, 张娜珍. CS2团簇增强的激光多价电离现象的质谱研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5098-5103. doi: 10.7498/aps.54.5098
    [17] 朱频频, 刘建胜, 徐至展. Ar原子团簇与飞秒强激光相互作用产生的高能离子计算. 物理学报, 2004, 53(3): 803-807. doi: 10.7498/aps.53.803
    [18] 孔祥蕾, 罗晓琳, 牛冬梅, 张先燚, 阚瑞峰, 李海洋. 纳秒强激光场中甲醇光电离产生高价离子的研究. 物理学报, 2004, 53(5): 1340-1345. doi: 10.7498/aps.53.1340
    [19] 杨朝文, V.A.Khodyrev, V.S.Kulikauskas. H+2,H+3团簇离子在沟道条件下的背散射 质子产额测量. 物理学报, 2003, 52(8): 1895-1900. doi: 10.7498/aps.52.1895
    [20] 顾震宇, 季沛勇. 等离子体密度对多光子电离的影响. 物理学报, 2002, 51(5): 1022-1025. doi: 10.7498/aps.51.1022
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-22
  • 修回日期:  2012-03-14
  • 刊出日期:  2012-09-05

电离效率对激光电离团簇的高价离子产物的影响

  • 1. 山东师范大学化学化工与材料科学学院, 济南 250014;
  • 2. 中国科学院大连化学物理研究所, 分子反应动力学国家重点实验室, 大连 116023;
  • 3. 中国科学院研究生院, 北京 100049
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11004190, 21077101); 国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2011YQ05006903, 2011YQ05006904)和辽宁省自然科学基金(批准号: 201102220)资助的课题.

摘要: 纳秒激光与团簇相互作用产生高价离子逐渐成为分子物理界的热点之一, 为了深入研究团簇电离的本质, 本文以分子结构相似、元素组成相同的苯、环己烯和环己烷的分子团簇为对象, 利用飞行时间质谱研究了其与5 ns的532 nm激光相互作用时电离产物的价态和强度分布. 结果表明: 这三种化合物多光子电离效率苯>环己烯>环己烷, 但其高价离子的价态和比值苯是最低的, 环己烷的碳离子最高价态为4价, C3+和C2+的比值为1.1; 环己烯电离产物C3+和C2+ 的比值降低为0.6; 苯团簇的最高价态只有3价, C3+和C2+的比值约为0.4. 引起这种现象的原因可以归结于高的多光子电离效率会导致团簇多位点的电离, 引起团簇在电子加热到发生碰撞电离之前发生解离, 减小了团簇的尺寸, 进而减少了离子发生碰撞电离产生高价离子的反应时间, 最终阻碍了高价态离子的产生.

English Abstract

参考文献 (24)

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