Автоіонізація

Автоіоніза́ція (від авто... та іонізація), польова іонізація — процес іонізації атомів і молекул газу в сильних електричних полях.

Зв’язаний електрон у атомі знаходиться в потенціальній ямі (рис. 1, а) Унаслідок увімкненні електричного поля напруженістю Е утворюється потенціальний бар’єр шириною х1х2 — до початкової потенційної енергії електрона V0(x), що знаходиться в точці x, додається потенційна енергія еЕх, де е — заряд електрона (рис. 1, б).

Автоіонізація 1.jpg

Основний механізм автоіонізації — тунелювання (тунельний ефект) електрона з атома через цей бар’єр. Імовірність тунелювання різко, за експоненційним законом, змінюється внаслідок зміни площі бар’єру над прямою х1х2, що залежить від напруженості електричного поля Е та енергії електрона. Так, імовірність автоіонізації атома водню з основного стану досягає помітної величини лише за Е ~ 108 В/см, а зі збуджених станів — уже за Е ~ 106 В/см. Явище пояснюють тим, що автоіонізація збуджених атомів стає більш імовірним процесом, ніж їх випромінювальний перехід у основний стан, і світіння цих ліній загасає. Найповніше досліджена автоіонізація біля поверхні металу, оскільки її використовують у автоіонному мікроскопі для отримання збільшеного зображення поверхні. Імовірність автоіонізації біля поверхні металу виявляється значно більшою, ніж у вільному просторі за такої самої напруженості поля, у результаті чого відбувається зниження потенційного бар’єру (бар’єр Шотткі). Однак автоіонізація можлива лише в тому випадку, коли відстань атома від поверхні знаходиться в межах деякої зони — критичної відстані хкр. (0,2–0,4 Ǻ). Це пов’язано з тим, що в умовах звичайних температур для здійснення тунельного переходу електрона в метал необхідно, щоб основний рівень енергії електрона в атомі був піднятий електричним полем хоча б до рівня Фермі в металі (рис. 2).

Автоіонізація 2.jpg

Явище автоіонізації використовують також у створенні іонних джерел для мас-спектрометрів. Ці джерела зручні тим, що в них немає розжарених електродів. Під час їх використання вдається уникнути дисоціації аналізованих молекул. До того ж є можливість спостерігати специфічні хімічні реакції, які виникають лише в сильних електричних полях.

Література

  1. Физические основы полевой масс-спектроскопии. Киев, 1978.
  2. Мюллер Э. В., Тьен Тцоу Цонг. Полевая ионная микроскопия, полевая ионизация и полевое испарение / Пер. с англ. О. Л. Голубева, В. Г. Павлова. Москва, 1980.

Автор ВУЕ