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中等光强纳秒激光电离苯团簇产生多价碳离子的数值模拟和实验研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O4[理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学院大连化学物理研究所,大连116023, [2]中国科学院大学,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11004190,21077101)和国家重大科学仪器设备开发专项基金(批准号:2011YQ05006903)资助的课题.
中文摘要:

飞秒强激光与团簇相互作用产生多价离子的现象己被广泛报道,然而近期多个研究小组发现当功率密度低至10^10W/cm^2的纳秒激光照射团簇时,同样也观察到了多价离子的存在.虽然可以用“多光子电离引发-逆韧致吸收加热一电子碰撞电离”电离机理对这种现象进行解释,但是缺乏相应的数值模拟.建立了一个简化的数值模型,根据有质动力势Up计算团簇内电子能量,再由Lotz公式计算出相应的电离截面,最后由动力学反应速率方程计算出团簇内多价碳离子随时间的演变.详细分析了团簇尺寸、电子密度等关键参数对多价离子产生的影响.数值模拟结果表明:团簇电离在小于0.7ns时间尺度内完成,C^2+,C^3+和C^4+多价离子强度达到平衡后,离子相对强度由大到小依次为C^2+,C^3+,C^4+,这与实验结果相一致;多价离子的价态随着团簇尺寸的增加而升高,半径为5.6nm的苯团簇比半径为3nm的苯团簇更容易产生高价态的离子,这也与实验结果相一致.

英文摘要:

The production of multiply charged ions by the interaction of intense femtosecond laser with clusters has been widely reported. Recently, many groups discovered the multiply charged ions when the cluster was irradiated by a 532 nm nanosecond laser with the intensity as low as 10^l0 W/cm^2. Although this interesting phenomenon could be explained by the mechanism of "multiphoton ionization triggered-inverse bremsstrahlung heating-electron impact ionization", there is a lack of numerical simulation to explain the generation of multiply charged ions. In this paper, numerical simulation is performed to study the generation process of multiply charged ions in the moderate intensity laser. Firstly, the electron energy is calculated according to ponderomotive potential. Secondly, the cross section of electron impact ionization is calculated on the basis of Lotz formula. Finally, the evolution of multiply charged ions in the cluster is calculated with the kinetic reaction rate equation. The effects of cluster size and electron density on multiply charged ions are investigated in detail. Simulation results show that the ionization process is Completed and the balance among C^2+, C^3+ and C^4+ is achieved in 0.7 ns. The relative intensity sequence of multiply charged ions is C^2+ 〉 C^3+ 〉 C^4+, which is consistent with the experimental results. In addition, numerical simulation results show that the charge state of ions is increased with the increase of cluster size, which is consistent with the experimental results.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876