[发明专利]一种基于静电储存环的深能级光电子能谱研究装置

说明书

本发明属于光电子能谱的技术领域，具体涉及一种基于静电储存环的深能级光电子能谱研究装置，本发明基于桌面级设备实现单一尺寸且温度精密控制的团簇深能级光电子能谱的测量，本发明包括磁控溅射源，四极杆质量选择器，低温离子阱，束流光学整形及注入段和静电储存环和垂直分布电场补偿式速度影像光电子能谱仪，静电储存环被设计为约束束流做环形运动并成数量级提高束流强度，从而实现储存环束流注入与光电子能谱电离激光运行的解耦合，进而实现通过弱光单脉冲在时间上的积累来满足一些目前只能在高通量光脉冲上完成的测量。

技术领域

本发明属于光电子能谱的技术领域，具体涉及一种基于静电储存环的深能级光电子能谱研究装置。

背景技术

团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理和化学结合组成的相对稳定的聚集体,其物理和化学性质随所含原子数目的变化而变化.团簇的空间尺度是1nm至几十nm的范围,用无机分子来描述显得太大,用小块固体描述又显得太小。它的许多性质既不同于单个原子分子,又不同于固体和液体,也不能用两者性质作简单线性外延和内插来得到。因此,人们把团簇看成介于原子分子与宏观块体之间的物质结构的新层次,是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态。

近十年来，团簇物理学的研究进展主要集中在确定尺寸依赖的金属和半导体团簇的几何结构上，其采用的主要研究方法有光电子能谱、红外谱、电子散射以及新近发展起来的X射线散射谱等。多数情况下，人们是将这些研究方法与密度泛函方法(DensityFunctional Theory,DFT)计算相结合，这样不仅能够有效地解析这些团簇体系的几何结构，还能够获得其相应的电子结构的细节。尤其是当DFT与光电子能谱结合时，理论上讲能够同时从DFT的计算结果中提取所研究体系的几何和电子结构。然而，实际工作中由于计算量巨大以及DFT在复杂电子轨道处理方面的困难，上述方法仅对碱金属和贵金属团簇有效，而对于重元素或含半满d壳元素的团簇的研究仍然相当困难，尤其是由f开壳元素组成的团簇。另一方面对于团簇性质(如磁性和反应性)的研究，过去人们通常采用传统的Stern-Gerlach方法，近几年开始采用X射线谱(X-ray Circular Dichroism Spectroscopy)对自由团簇的磁性进行了大量的研究，但是计算结果的可靠性很难保证，尤其是对于原子数目大于20的团簇。因此，我们需要更多高精度谱的实验数据的支撑，以便进一步发展和检验高阶的理论方法，从而有效地推动团簇物理学的发展。

团簇气相和团簇沉积的化学反应研究，大多数是关于反应速率的测量，也有一些是关于采用光电子能谱和红外谱研究反应的中间体(这里的中间体是指团簇和生成物分开的状态)。大多数这样的研究很大程度上是利用DFT计算来进行的，而绝大多数的催化活性物质是过渡金属元素及其化合物(例如过渡金属氧化物)，如果能够从实验上实时观测(测量)团簇化学反应的微观动力学过程，将对真正理解团簇的化学反应性质起到关键的作用，使用飞秒激光对团簇进行的泵浦-探测超快动力学测量则是近二十年来发展起的解决上述问题的最重要的手段，但是到目前为止仅有几例关于非常小尺寸的团簇系统的研究报道，造成这一局面的根本原因主要是实验装置的架构上存在诸多技术上的困难。所以说即便是对于分子的超快动力学研究已经发展了几十年，但是对团簇超快动力学的研究也仅是处于刚起步的阶段，目前只有少数的几个激发和退激的通道在实验中得到明确，这主要是因为大多数团簇有别于普通的泵浦-探测实验所广泛研究的小分子，当使用标准Ti:Sapphire飞秒激光的低阶倍频(400nm和266nm)时，由于低光子能量激发能谱时，团簇光电子发射中所伴随密集的退激过程会使得金属团簇的光电子发射通道被阻塞。