Formation and Decay of Autoionization States as the Main Inelastic Energy Loss Mechanism in keV Atomic Collisions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

It has been shown that the formation of autoionization states makes the dominant contribution to inelastic energy loss and to ionization in keV atomic collisions, i.e., at velocities lower than the velocities of atomic electrons. Scaling laws have been proposed to calculate the cross sections for the formation of vacancies in inner K and L electron shells of colliding atoms. A model has been proposed to relate ionization processes and the observed inelastic energy losses. Auger transitions in a short-lived quasimolecule formed by two atoms approaching each other have been studied. The nature of the continuous component in electron spectra emitted in collisions has been determined. It has been shown that the excitation of autoionization states determines the stopping cross sections for keV atoms in matter.

About the authors

A. N Zinov'ev

Ioffe Institute

Email: zinoviev@inprof.ioffe.ru
194021, St. Petersburg, Russia

P. Yu Babenko

Ioffe Institute

Email: zinoviev@inprof.ioffe.ru
194021, St. Petersburg, Russia

A. P Shergin

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: zinoviev@inprof.ioffe.ru
194021, St. Petersburg, Russia

References

  1. J. D. Garcia, R. J. Fortner, and T. M. Kavanagh, Rev. Mod. Phys. 45, 111 (1973).
  2. Q. C. Kessel and B. Fastrup, Case Studies in Atomic Physics 3, 137 (1973).
  3. G. N. Ogurtsov, Rev. Mod. Phys. 44, 1 (1972).
  4. J. S. Briggs, in Fundamental processes in energetic atomic collisions, Plenum Press, New York (1983).
  5. В. В. Афросимов и др., ЖТФ 34, 1613 (1964).
  6. В. В. Афросимов и др., ЖТФ 34, 1624 (1964).
  7. В. В. Афросимов и др., ЖТФ 34, 1637 (1964).
  8. E. Everhart and Q. C. Kessel, Phys. Rev. Lett. 14, 247 (1965).
  9. Q. C. Kessel, A.Russek, and E. Everhart, Phys. Rev. Lett. 14, 484 (1965).
  10. Q. C. Kessel and E. Everhart, Phys. Rev. 146, 16 (1966).
  11. U. Fano and W. Lichten, Phys. Rev. Lett. 14, 627 (1965).
  12. Q. C. Kessel, M. P. McCaughey, and E. Everhart, Phys. Rev. 153, 57 (1967).
  13. B. Fastrup, G. Hermann, and K. J. Smith, Phys. Rev. A 3, 1591 (1971).
  14. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. М. Полянский, А. П. Шергин, ЖЭТФ 57, 806 (1969).
  15. П. Ю. Бабенко, А. Н. Зиновьев, А. П. Шергин, Письма в ЖТФ 39, 80 (2013).
  16. P. Yu. Babenko, A. N. Zinoviev, and A. P. Shergin, NIMB 354, 142 (2015).
  17. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. Н. Зиновьев, ЖЭТФ 66, 1933 (1974).
  18. J. Eichler, U. Wille, B. Fastrup, and K. Taulbjerg, Phys. Rev. A 14, 707 (1976).
  19. D. Schneider, G. Notle, U. Wille, and N. Stolterfoht, Phys. Rev. A 28, 161 (1983).
  20. J. Mace, M. J. Gordon, and K. P. Giapis, Phys. Rev. Lett. 9, 257603 (2006).
  21. A. N. Zinoviev, NIMB 269, 829 (2011).
  22. А. Н. Зиновьев, Поверхность 5, 38 (2008).
  23. Г. Г. Месхи, Дисс.... канд-та физ.-матем. наук, ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР, Ленинград (1983).
  24. R. K. Cacak, Q. C. Kessel, and M. E. Rudd, Phys. Rev. A 2, 1327 (1970).
  25. R. C. Amme and P. O. Haugsjaa, Phys. Rev. 177, 230 (1969).
  26. H. B. Gilbody and J. B. Hasted, Proc. Roy. Soc. A 238, 334 (1957).
  27. H. B. Gilbody and J. B. Hasted, Proc. Roy. Soc. A 240, 382 (1957).
  28. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. М. Полянский, А. П. Шергин, ЖЭТФ 63, 799 (1972).
  29. F. W. Bingham, Phys. Rev. 182, 180 (1969).
  30. E. J. Knystautas, Q. C. Kessel, R. Del Boca, and H. C. Hayden, Phys. Rev. A 1, 825 (1970).
  31. R. K. Cacak and T. Jorgensen, Phys. Rev. A 2, 1322 (1970).
  32. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. Н. Зиновьев, Письма ЖЭТФ 21, 26 (1975).
  33. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. Н. Зиновьев и др., Письма ЖЭТФ 21, 535 (1975).
  34. F. W. Saris, Physica 52, 1327 (1971).
  35. A. P. Shergin and Yu. S. Gordeev, Proc. X Int. Conf. on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Invited Lectures and Progress Reports, Paris (1977).
  36. V. V. Afrosimov and A. P. Shergin, Proc.VI Int. Conf. on Atomic Physics. Invited Lectures and Progress Reports, Riga (1978).
  37. A. P. Shergin, Proc.VI Int. School. on Physics of Ionized Gases-SPIG-78. Invited Lectures and Progress Reports, Dubrovnik (1978).
  38. M. H. Chen and B. Craseman, Phys. Rev. A 10, 2232 (1974).
  39. J. C. Slater, Phys. Rev. 36, 57 (1930).
  40. D. J. Bierman and W. C. Turkenburg, Physica 67, 533 (1973).
  41. В. В. Афросимов и др., ЖТФ 36, 123 (1966).
  42. E. N. Fuls, P. R. Jones, F. P. Ziemba, and E. Everhart, Phys. Rev. 107, 704 (1957).
  43. P. R. Jones, P. Costigan, and G. Van Dyk, Phys. Rev. 129, 211 (1963).
  44. А. Н. Зиновьев, П. Ю. Бабенко, А. П. Шергин, ЖЭТФ 159, 56 (2021).
  45. G. H. Morgan and E. Everhart, Phys. Rev. 128, 667 (1962).
  46. Q. C. Kessel, P. H. Rose, and L. Grodzins, Phys. Rev. Lett. 22, 1031 (1969).
  47. P. O. Haugslaa and R. C. Amme, J. Chem. Phys. 52, 4874 (1970).
  48. F. P. Larkins, J. Phys. B 4, 1 (1973).
  49. B. Fastrup, Phys. Rev. A 9, 2518 (1974).
  50. B. Fastrup, J. Phys. B 7, L206 (1974).
  51. N. Stolterfoht, D. Schneider, D. Burch et al., Phys. Rev. A 12, 1313 (1975).
  52. F. W. Saris and D. Onderdelinden, Physica 49, 441 (1970).
  53. V. V. Afrosimov et al. Proc. X Int. Conf. on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Invited Lectures and Progress Reports, Paris (1977).
  54. C. P. Bhalla, J. Phys. B 8, 2792 (1975).
  55. M. H. Chen and B. Crasemann, Proc. IX Int. Conf. on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Invited Lectures and Progress Reports, Seattle (1975).
  56. M. Ya. Amusia, V. K. Ivanov, and V. A. Kharchenko, J. Phys. B 18, L563 (1985).
  57. S. Kucas, A. Momkauskaite, and R. Karazija, Astroph. J. 810, 26 (2015).
  58. A. Kucukonder and M. Erguven, AIP Conf. Proc. 2043, 020021 (2018).
  59. S. Santra, A. C. Mandal, D. Mitra et al., Radiat. Phys. Chem. 74, 282 (2005).
  60. I. I. Tupitsyn, Y. S. Kozhedub, V. M. Shabaev et al., Phys. Rev. A 85, 032712 (2012).
  61. P. Verma, P. H. Mokler, A. Br¨auning-Demian et al., Phys. Scr. T 144, 014032 (2011).
  62. G. Lapicki, ICPEAC Abstracts. WE-124, Queensland (2017).
  63. J. S. Briggs and J. Macek, J. Phys. B 5, 579 (1972).
  64. А. Н. Зиновьев, П. Ю. Бабенко, А. П. Шергин, Письма ЖЭТФ 114, 13 (2021).
  65. W. E. Meyerhof and K. Taulbjerg, Ann. Rev. Nucl. Sci. 27, 279 (1977).
  66. W. N. Lennard and I. V. Mitchell, J. S. Forster, Phys. Rev. A 18, 1949 (1978).
  67. C. Foster, T. P. Hoogkamer, P. Woerlee, and F. W. Saris, J. Phys. B 9, 1943 (1976).
  68. А. Н. Зиновьев, С.Ю. Овчинников,Ю. С. Гордеев, Письма ЖТФ 7, 139 (1981).
  69. В. С. Михайлов, П. Ю. Бабенко, А. П. Шергин, А. Н. Зиновьев, Письма ЖТФ 48, 30 (2022).
  70. С. Ю. Овчинников, Е. А. Соловьев, Письма ЖЭТФ 91, 477 (1986).
  71. M. Pieksma and S. Yu. Ovchinnikov, J. Phys. B 24, 2699 (1991).
  72. С. В. Авакян, Р. Н. Ильин, В. М. Лавров, Г. Н. Огурцов, Сечения процессов ионизации и возбуждения, ГОИ, СПб. (2000).
  73. V. V. Afrosimov et al., XI Int. Conf. on Phys. of Electronic and Atomic Collisions, Kyoto (1979).
  74. В. В. Афросимов и др., ЖТФ 41, 134 (1972).
  75. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, В. М. Лавров, ЖЭТФ 68, 1715 (1975).
  76. F. W. Saris, W. F. van der Weg, H. Tawara, and R. Laubert, Phys. Rev. Lett. 28, 717 (1972).
  77. P. H. Mokler, H. J. Stein, and P. Armbruster, Phys. Rev. Lett. 29, 827 (1972).
  78. J. R. MacDonald, M. D. Brown, and T. Chiao, Phys. Rev. Lett. 30, 471 (1973).
  79. G. Bissinger, and L. C. Feldman, Phys. Rev. Lett. 33, 1 (1974).
  80. B. Knaf and G. Presser, Phys. Lett. A 49, 89 (1974).
  81. F. W. Saris, J. Phys. B 17, 1494 (1974).
  82. W. E. Meyerhof, T. K. Saylor, and R. Anholt, Phys. Rev. A 12, 2641 (1975).
  83. V. M. Mikoushkin, G. N. Ogurtsov, and I. P. Flaks, J. Phys. B 16, L405 (1983).
  84. В. В. Афросимов, Ю. С. Гордеев, А. Н. Зиновьев и др., Письма ЖЭТФ 24, 33 (1976).
  85. В. В. Афросимов, Г. Г. Месхи, Н. Н. Царев, А. П. Шергин, ЖЭТФ 84, 454 (1983).
  86. А. З. Девдариани, В. Н. Островский, Ю. Н. Себякин, ЖЭТФ 73, 412 (1977).
  87. V. K. Nikulin and N. A. Guschina, J. Phys. B 11, 3553 (1978).
  88. B. Fricke and W.-D. Sepp, J. Phys. B 14, L549 (1981).
  89. Л. М. Кишиневский, Е. С. Парилис, ЖЭТФ 55, 1932 (1968).
  90. L. M. Kishinevsky and B. G. Krakov, E. S. Parilis, Phys. Lett. A 85, 141 (1981).
  91. A. P. Shergin, R. Mann, and H. F. Beyer, Z. Phys. A 302, 191 (1981).
  92. В. С. Михайлов, П. Ю. Бабенко, А. П. Шергин, А. Н. Зиновьев, ЖЭТФ 160, 794 (2021).
  93. W. Sidis, J. Phys. B 6, 1188 (1973).
  94. P. H. Woerlee, Yu. S. Gordeev, H. de Waard, and F. W. Saris, J. Phys. B 14, 527 (1981).
  95. A. P. Shergin, R. Stotzel, Z. Roller et al., Phys. Rev. A 34, 4490 (1986).
  96. В. Р. Асатрян, А. П. Шергин, Письма ЖЭТФ 44, 454 (1986).
  97. E. A. Solov'ev, Sov. Phys. JETP 54, 893 (1981).
  98. S. Yu. Ovchinnikov, G. N. Ogurtsov, J. H. Macek, and Yu. S. Gordeev, Phys. Rep. 389, 169 (2004).
  99. Е. А. Соловьев, Новые подходы в квантовой физике, Физматлит, М. (2019).
  100. G. N. Ogurtsov, V. M. Mikoushkin, S. Yu. Ovchinnikov, and J. H. Macek, Phys. Rev. A 74, 042720 (2006).
  101. S. Yu. Ovchinnikov, J. H. Macek, and V. M. Mikoushkin, Phys. Rev. A 84, 032706 (2011).
  102. S. Yu. Ovchinnikov and J. H. Macek, NIMB 241, 78 (2005).
  103. J. H. Macek and S. Yu. Ovchinnikov, Phys. Rev. Lett. 104, 033201 (2010).
  104. L. Ph. H. Schmidt, C. Goihl, D. Metz et al., Phys. Rev. Lett. 112, 083201 (2014).
  105. G. N. Ogurtsov, A. G. Kroupyshev, M. G. Sargsyan et al., Phys. Rev. A 53, 2391 (1996).
  106. A. N. Zinoviev, S. Yu. Ovchinnikov, and Yu. S. Gordeev, Abstr. XII ICPEAC, Gatlinburg (1981).
  107. А. Н. Зиновьев, П. Ю. Бабенко, Д. С. Мелузова, А. П. Шергин, Письма ЖЭТФ 108, 666 (2018).
  108. A. N. Zinoviev, P. Yu. Babenko, D. S. Meluzova, and A. P. Shergin, NIMB 467, 140 (2020).
  109. А. Н. Зиновьев, П.Ю. Бабенко, А. П.Шергин, Поверхность 12, 64 (2020).
  110. P. Sigmund, NIMB 406, 391 (2017).
  111. C. C. Montanari and J. E. Miraglia, Phys. Rev. A 96, 012707 (2017).
  112. О. Б. Фирсов, ЖЭТФ 36, 1517 (1959).
  113. J. F. Ziegler and J. P. Biersack, SRIM. http://www.srim.org.
  114. F. Xu, G. Manico, F. Ascione et al., Phys. Rev. A 57, 1096 (1998).
  115. H. Paul, Stopping Power for Light Ions. http://www.exphys.uni-linz.ac.at/stopping.
  116. P. Sigmund and A. Schinner, NIMB 195, 64 (2002).
  117. P. M. Echenique, F. Flores, and R. H. Ritchie, Sol. Stat. Phys. 43, 229 (1990).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».