자기이온화

자기이온화(Autoionization)는 들뜬 상태에 있는 원자 또는 분자가 전자 껍질의 전자 중 하나를 자연방출하여 전하가 인 상태에서 전하가 인 상태로, 예를 들어 전기적으로 중성인 상태에서 1가 이온화된 상태로 변하는 과정이다.

자기이온화 상태는 일반적으로 반감기가 짧기 때문에 일반적인 속박 상태보다는 파노 공명으로 설명될 수 있다. 이는 광이온화, 전자 이온화 및 다른 방법을 통해 원자와 분자의 이온화 단면적 변화로 관찰될 수 있다.

 예시 
예를 들어, 네온의 극자외선 광이온화 스펙트럼에서 몇몇 파노 공명은 자기 이온화 상태에 기인한다.Codling, K., Madden, R.P. and Ederer, D.L. (1967), Resonances in the Photoionization Continuum of Ne I (20-150 eV), Phys. Rev. 155, 26-37 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.155.26 일부는 1전자 여기(excitation)에 의한 것으로, 45.546, 47.121, 47.692 eV의 에너지에서 세 개의 강하고 유사한 모양의 피크가 나타나는데, 이는 n = 3, 4, 5에 대한 1s2 2s1 2p6 np (1P) 상태로 해석된다. 이러한 중성 네온의 상태는 첫 번째 이온화 에너지보다 높다. 2p 전자를 제거하는 것보다 2s 전자를 여기시키는 데 더 많은 에너지가 필요하기 때문이다. 자기 이온화가 발생할 때, np → 2s 탈여기(de-excitation)는 하나의 2p 전자를 제거하고 Ne+ 바닥 상태를 형성하는 데 필요한 에너지를 제공한다.

다른 공명은 2전자 여기(excitation)에 기인한다. 위에서 고려한 동일한 네온 광이온화 스펙트럼은 동일한 영역에서 44.979 eV에 네 번째 강한 공명을 포함하지만, 매우 다른 모양을 가지며, 이는 1s2 2s2 2p4 3s 3p (1P) 상태로 해석된다. 자기 이온화의 경우, 3s → 2p 전이는 3p 전자를 제거하는 데 필요한 에너지를 제공한다.

전자 이온화는 선택 규칙으로 인해 광자에 의해 여기될 수 없는 일부 상태를 관찰할 수 있게 한다. 다시 네온을 예로 들면, 스핀 선택 규칙 ΔS = 0에 의해 삼중항 상태의 이온은 금지되지만, 1s2 2s2 2p4 3s 3p (3P)는 42.04 eV에서 전자 이온화를 통해 관찰되었다.Bolduc, E., Quéméner, J.J. and Marmet, P. (1972) Autoionizing 2s2 2p4 3s 3l States of Ne and Related Ne− Resonances, J. Chem. Phys. 57, 1957-66 DOI: https://dx.doi.org/10.1063/1.1678515 고에너지 H+, He+, Ne+ 이온에 의한 이온 충격도 사용되었다.

안쪽 전자가 부족하면 양이온은 오제 효과를 통해 추가로 자기 이온화되어 두 번째 전자를 잃을 수 있다. 네온에서는 X선 여기(excitation)가 1s 전자를 제거하여 1s1 2s2 2p6 구성을 가진 들뜬 Ne+ 이온을 생성할 수 있다. 이어진 오제 과정에서 2s → 1s 전이와 동시에 2p에서 두 번째 전자가 방출되어 Ne2+ 1s2 2s1 2p5 이온 상태가 된다.

분자는 또한 분자 진동으로 자기 이온화하는 뤼드베리 상태를 가질 수 있는데, 이 경우 뤼드베리 상태를 이온화하는 데 필요한 소량의 에너지는 진동 여기(excitation)에 의해 제공된다.

 자기탈착 
원자나 분자의 들뜬 상태가 중성 입자와 공명적으로 부착된 전자의 복합 상태로 구성될 때, 자기 이온화는 자기탈착(autodetachment)으로 지칭된다. 이 경우 복합 상태는 자기 이온화 과정 전에 순수 음전하를 띠고, 중성 전하로 끝난다. 최종 상태는 공명 부착 과정의 과잉 에너지 결과로 종종 진동적으로 또는 회전적으로 들뜬 상태가 될 것이다.

 각주 

분류:원자물리학
분류:분자물리학
분류:양자화학