Πολυηλεκτρονιακός ιονισμός και διάσπαση αλκυλοϊωδιδίων επαγομένος από ισχυρά παλμικά πεδία laser
Authors: Σιώζος Παναγιώτης 
Published: November 2022

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας αφορά στην μελέτη της αλληλεπίδρασης των μορίων του μεθυλοϊωδίου, 1-, 2-ιωδοπροπανίου, 1-,2-ιωδοβουτανίου και 1-ιωδοπεντανίου σε αέρια φάση με παλμούς laser χρονικής διάρκειας 35 ps (1064, 532, 355 και 266 nm) και 60 fs (800 nm) και έντασης από 5×10^13 έως 5×10^15 Wcm−2. Για την ανίχνευση των προϊόντων αυτής της αλληλεπίδρασης χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της φασματοσκοπίας μάζας χρόνου πτήσης (TOF-MS). Αρχικά μελετήθηκε, για πρώτη φορά, η αλληλεπίδραση του μεθυλοϊωδίου με ισχυρούς παλμούς laser χρονικής διάρκειας 35ps (1064 και 532 nm). Η επίδραση της χρονικής διάρκειας του παλμού αντικατοπτρίζεται στις τιμές των κινητικών ενεργειών των θραυσμάτων οι οποίες βρέθηκαν να είναι σημαντικά μικρότερες από αυτές που έχουν αναφερθεί στην βιβλιογραφία όταν χρησιμοποιήθηκαν femtosecond παλμοί laser. Στα φάσματα μάζας καταγράφηκαν πολλαπλά φορτισμένα ατομικά ιόντα (μέχρι Ι6+). Συμπεραίνεται ότι τα ατομικά ιόντα με μεγαλύτερο φορτίο (Ιn+, n ≥ 3) δημιουργούνται μέσω διαδικασιών ιονισμού πεδίου (FI) ατομικών ιόντων που έχουν απελευθερωθεί με έκρηξη Coulomb πολλαπλά φορτισμένων ασταθών πατρικών ιόντων. Οι διαφορές που εμφανίζουν οι τιμές κατωφλίων έντασης εμφάνισης των πολλαπλά φορτισμένων ατομικών ιόντων για τα δύο μήκη κύματος υποδεικνύουν ότι στις διαδικασίες ιονισμού υπάρχει συμμετοχή του φαινομένου σήραγγας των ηλεκτρονίων κυρίως στα 1064 nm.Στην συνέχεια μελετήθηκε η αλληλεπίδραση των υπόλοιπων αλκυλοϊωδιδίων με ισχυρούς παλμούς laser χρονικής διάρκειας 35ps (1064, 532, 355 και 266 nm). Οι διαδικασίες που διέπουν τον μοριακό ιονισμό (πολυφωτονικές διαδικασίες και/ή ιονισμός μέσω πεδίου) παρουσιάζουν εξάρτηση από το μήκος κύματος. Συγκεκριμένα οι πολυφωτονικές διαδικασίες (ΜΡΙ) κυριαρχούν ενώ η επίδραση των διαδικασιών ιονισμού μέσω πεδίου εξασθενίζουν, καθώς μειώνεται το μήκος κύματος. Αντίθετα, τα πολλαπλά φορτισμένα ατομικά ιόντα δημιουργούνται μέσω διαδικασιών ιονισμού πεδίου σε όλα τα μήκη κύματος. Η αναγνώριση των διαδικασιών ιονισμού στηρίζεται στην εξάρτηση της έντασης του σήματος και στην μορφή των κορυφών των φασμάτων μάζας. Επιπλέον τα συμπεράσματα που εξήχθησαν συμφωνούν με αυτά για το μεθυλοϊώδιο.Ακολούθησε η μελέτη της αλληλεπίδρασης των υπόλοιπων αλκυλοϊωδιδίων με ισχυρούς παλμούς laser χρονικής διάρκειας 60 fs (800 nm). Στον μοριακό ιονισμό βρέθηκε ότι συμμετέχουν ταυτόχρονα πολυφωτονικές διαδικασίες καθώς και διαδικασίες ιονισμού μέσω πεδίου σε όλο το εύρος των εντάσεων που χρησιμοιπιήθηκαν. Οι διαδικασίες αυτές διαχωρίζονται από την διαφοροποίηση στην μορφή των κορυφών στα φάσματα μάζας. Συγκεκριμένα στα φάσματα μάζας του 2-ιωδοπροπανίου και 2-ιωδοβουτανίου προέκυψε ότι εμφανίζονται πολυφωτονικές διαδικασίες ακόμα και όταν η παράμετρος Keldysh παίρνει τιμές γ ~ 0.3. Στην περίπτωση του 1-ιωδοβουτανίου οι πολυφωτονικές διαδικασίες οδηγούν στην δημιουργία σταθερών διπλά φορτισμένων πατρικών ιόντων. Οι διαδικασίες ιονισμού πεδίου εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της δομής των μορίων και οδηγεί σε ασύμμετρη κατανομή του φορτίου στο πολλαπλά φορτισμένο ασταθές πατρικό ιόν. Τέλος μελετήθηκαν οι διαδικασίες δημιουργίας ιόντων Η2+ από τα μόρια των αλκυλοϊωδιδίων. Προέκυψε ότι τα ιόντα αυτά προέρχονται άμεσα από την διάσπαση κάποιου φορτισμένου προδρόμου ιόντος μέσω έκρηξης Coulomb. Η αναδιάταξη που οδηγεί στον σχηματισμό των ιόντων Η2+ είναι αποτέλεσμα φαινομένου σήραγγας κατά το οποίο ένα πρωτονίου διαπερνά ένα εσωτερικό φράγμα δυναμικού του μορίου. Για την περίπτωση του μεθυλοϊωδίου βρέθηκε ότι το 10% περίπου των διπλά φορτισμένων ασταθών πατρικών ιόντων οδηγείται σε αναδιάταξη. Από την σύγκριση του λόγου Η2+/Η+ των υπό μελέτη μορίων προκύπτει ότι η δημιουργία ιόντων Η2+ είναι πιθανότερο να πραγματοποιηθεί από άτομα υδρογόνου δεσμευμένα με άτομα άνθρακα τα οποία βρίσκονται στα άκρα της μοριακής αλυσίδας.