高电荷态离子与固体表面作用的离子溅射和电子发射的实验研究

高电荷态离子与固体表面相互作用的研究是目前国际上广受关注的热点研究领域之一。本论文详细介绍了在兰州重离子加速器国家实验室ECR离子源上建成的高电荷态离子表面物理实验平台；着重叙述了在实验平台上完成的高电荷态离子在固体表面引起的离子溅射和电子发射的研究。我们用初动能Ek=216～720keV的高电荷态Pb36+离子和初动能为Ek=144～288keV的Arq+（q =11～16）离子以不同入射角度(Ψ＝15º～80º)作用于Nb、Si和SiO2表面，通过研究离子溅射产额与入射离子初动能、势能（电荷态）和入射角度的关系，得到了以下结论：离子溅射产额与炮弹离子的势能沉积和动能作用有关；对Ar离子，电荷态从11增加到16时，离子溅射产额是随之增长的。而对Pb36＋离子，表面离子溅射产额随入射离子初动能的变化关系跟核阻止能损随入射离子初动能的变化关系是一致的，离子溅射产额与核阻止能损是线性相关的。认为高电荷态引发的表面离子溅射过程是势能沉积作用与线性级联碰撞过程协同作用的结果。我们还测量了Heq+(q=1,2, Ek=12keV～48keV)，Neq+(q=2～8, Ek=18～192keV)，Arq+(q=3～12, Ek=72keV)离子垂直作用于Si, W, Au表面产生的电子发射产额。得到了纯粹势能电子发射产额与入射离子势能的定量关系，势能电子产额随入射离子势能的增加而线性增加，势能每增加1eV，单离子电子发射产额增加0.0088（以初动能为42keV的Neq+入射到W表面为例）。势能电子发射增量跟靶的性质有关，W表面对势能变化的响应最剧烈，其次是Si表面。通过引入纯粹动能电子产额与电子能损的比值B分析和研究了动能电子发射，随着入射离子原子序数和初动能的增加，B因子有缓慢降低的趋势；B因子与靶材料密切相关，Au靶的B因子明显大于Si靶和W靶；我们还首次把B因子的研究扩展到高电荷态离子领域，认为B因子与入射离子的势能（电荷态）无关