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Procesos de cambio de carga en colisiones de iones con átomos y con superficies
Claudia Carmen Montanari Jorge Esteban Miraglia
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
El objetivo de esta Tesis es profundizar en el estudio de los procesos fundamentales que tienen lugar en las colisiones atómicas en los cuales la carga del ion incidente se modifica debido a la interacción. Esto es los procesos de captura y pérdida electrónica. Se estudian las propiedades y la sensibilidad de diferentes métodos pertubativos y de onda distorsionada para describir estos procesos básicos, y se los aplica luego al estudio de estados de carga del proyectil en colisiones con superficies de materiales sólidos. El rango de velocidades con el que trabajamos es el de velocidades intermedias y altas. El desarrollo de la Tesis se puede dividir en dos partes principales. En la primer parte se estudian colisiones ion-átomo, en particular procesos de captura en los cuales un ion medianamente cargado interactúa con un blanco con un solo electrón activo. Se utilizan distintos métodos perturbativos como la aproximación de Brinkman-Kramers a primer y segundo orden, y métodos de onda distorsionada como las aproximaciones continuum distorted wave (CDW) y eikonal impulsiva (EI). En la segunda parte se desarrolla un modelo para procesos de pérdida electrónica y se aplican los conocimientos sobre las colisiones ionátomo a las colisiones ion-superficie. En particular nos ocupamos de las variaciones del estado de carga del proyectil al colisionar en forma rasante con la superficie. Por colisión rasante entendemos aquella en la cual los ángulos de incidencia considerados son suficientemente pequeños como para que el ion no penetre en el sólido antes de ser reflejado. En estas colisiones el tiempo de interacción entre el ion y la superficie es grande, lo cual permite un testeo muy sensible de las distintas aproximaciones teóricas a medida que la distancia ion-superficie se modifica. Con respecto al estudio de las colisiones simples ion-átomo, se analiza la posibilidad de mejorar distintos métodos de onda distorsionada, como la aproximación CDW, tomando en cuenta la mezcla Stark de estados excitados degenerados para procesos de captura. En particular se estudian las colisiones de distintos proyectiles sobre átomos hidrogenoides en las cuales el electrón pasa del estado fundamental al nivel n = 2. Desde el punto de vista físico los mecanismos considerados son sencillos, consisten en los procesos de dos pasos 1s → 2s → 2pₒ y 1s → 2pₒ → 2s. Esta mezcla de estados con igual número cuántico magnético se debe a la acción persistente de uno de los núcleos sobre el electrón ligado al otro. Utilizando un formalismo perturbativo para altas velocidades encontramos que el segundo orden en la aproximación CDW no tiene la forma rotacional de incorporación de la mezcla Stark que sí tiene la aproximación de Brinkman-Kramers. Es más. demostramos que esta corrección es despreciable en el rango de altas velocidades, y concluimos que las amplitudes de transición en la aproximación CDW ya contienen la mezcla Stark en ese rango de velocidades. Se prueban también distintos métodos teóricos para el caso de captura desde estados con n > 1. Con este objetivo se estudia la captura electrónica por colisiones de iones de H+, He²+ y Li³+ con H(2s) y H(2p) a velocidades moderadas y altas. Las secciones eficaces que se obtienen empleando las aproximaciones EI y CDW se comparan con resultados de otros métodos teóricos y con datos experimentales. Por otro lado, se calculan los límites asintóticos de la primera y segunda aproximación de Brikman-Kramers, y se comprueba que el mecanismo de Thomas (doble colisión) es importante en el límite superior del rango de velocidades considerado. Se prueba una regla de escala para las secciones eficaces de captura desde n > 1, la cual nos permite reunir valores correspondientes a distintos proyectiles en una banda universal. Estudiamos, además, la propensión de los electrones a poblar ciertos subestados magnéticos en procesos de captura electrónica a energías intermedias y altas. La. importancia de la misma reside en la simplificación del número de cálculos necesarios para tratar procesos de captura a niveles excitados, permitiendo estimar los subestados que más contribuyen a la sección eficaz. Por ejemplo, en colisiones ion-sólido múltiples eventos pueden llevar a poblar estados con momento angular grande. Para velocidades moderadas. del orden de la velocidad del electrón en el blanco, existe una regla de propensión que dice que si el eje de cuantificación se toma en forma perpendicular al plano de colisión. los subestados finales con número cuántico magnético m = —l son los más poblados. Esto se explica. desde el punto de vista clásico, notando que un electrón con m = —l sigue la rotación del eje internuclear permaneciendo principalmente en el plano de colisión, de manera que la captura electrónica resulta más probable a estos estados. La validez de esta tendencia en el rango de altas velocidades no es previsible, ya que la explicación de la misma está dada en términos de la física clásica. Sin embargo en esta Tesis probamos que la regla de propensión mencionada es válida también para velocidades intermedias y altas. Para describir los procesos de pérdida electrónica (o ionización del proyectil), se presenta un modelo basado en la primera aproximación de Born, corregida según el método teórico de Kaneko. El modelo propuesto es puesto a prueba con buen resultado comparandolo con datos de otros modelos más complejos, como el de expansión multipolar definida en un centro para velocidades altas y el de Classical Trayectory Monte Carlo para velocidades intermedias. En la segunda parte de esta Tesis se aplican los conocimientos sobre las colisiones ionátomo a las colisiones rasantes ion-superficie. Abordamos el tema utilizando un formalismo que consiste en extender la teoría de colisiones atómicas a procesos que involucran sólidos en lugar de átomos. En particular calculamos los estados de carga del ion a lo largo de su trayectoria frente a la superficie. considerando velocidades de impacto intermedias y altas. Los procesos colisionales por los cuales el proyectil modifica su estado de carga son los de captura y pérdida de electrones, estudiados en la primer parte de esta Tesis. El procedimiento usual para tratar el problema de las variaciones del estado de carga del proyectil al colisionar con una superficie a grandes velocidades, consiste en obtener el estado de carga saliente como consecuencia del juego entre dos procesos colisionales distintos. Captura de electrones que pasan de estar originalmente en estados ligados (le los átomos de la superficie a estados ligados del proyectil, y pérdida de electrones que son ionizados desde estados ligados del proyectil debido a la interacción con los átomos de la superficie. Nosotros seguimos aquí este mismo procedimiento. Generalmente se espera que al ir aumentando el ángulo de incidencia del ion sobre la superficie (pero sin penetrar en la misma) su estado de carga tienda al de iones en sólidos, y luego se aleje de la superficie con este estado de carga. Sin embargo mostramos que, a grandes velocidades, ésto no es cierto. El estado de carga llega a un valor de equilibrio cuando se encuentra muy cerca de la superficie, y a otro cuando se aleja de la misma. La diferencia entre estos dos valores se debe a los distintos rangos de captura y pérdida de electrones a altas velocidades. Muy cerca de la capa externa de átomos de la superficie ambos mecanismos están presentes, pero a partir de cierta distancia la captura es despreciable y sólo sobrevive la pérdida de electrones, continuando la ionización del proyectil. Por esta razón el estado de carga con el cual el proyectil emerge de la superficie es mayor que el que tenía en las proximidades de la misma, y este efecto es más evidente a medida que las velocidades de impacto aumentan.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
COLISIONES ATOMICAS; CAPTURA; PERDIDA; ESTADO DE CARGA; SUPERFICIE; ATOMIC COLLISIONS; ELECTRON CAPTURE; ELECTRON LOSS; CHARGE STATE; SURFACE
Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 1999 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
1999
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