Физическая энциклопедия - автоионизация

(полевая ионизация), процесс ионизации атомов и молекул газа в сильных злектрич. полях. Связанный эл-н в атоме можно представить находящимся в потенциальной яме (рис. 1,а). При включении электрич. поля напряжённостью E к начальной потенц. энергии эл-на V0(x), находящегося в точке г, добавляется потенц. энергия еЕх', где е заряд эл-на. Вследствие этого потенц. яма становится асимметричной с одной её стороны образуется потенциальный барьер конечной ширины x1x2 (рис. 1, б), сквозь к-рый эл-н может «просочиться», т. е. будет иметь место туннельный эффект и будет возможна ионизация с ниж. уровня атома. Вероятность W(V, ?) туннелирования эл-на сквозь потенц. барьер определяется ф-лой: где V(x)=V0(x)+eEx и ? соотв. потенциальная и полная энергия эл-на, т его масса. Вероятность W(V, ?) туннелирования резко увеличивается при уменьшении площади барьера над прямой x1x2. Это происходит при увеличении напряжённости поля E или при повышении энергии ? эл-на в атоме к.

-л. др. способами (напр., при туннелировании эл-нов с возбуждённых уровней). Так, вероятность А. атома водорода из осн. состояния достигает заметной величины лишь при Е=108 В/см, а из возбуждённых состояний уже при Е=106 В/см. Экспериментально впервые обнаружена именно А. возбуждённых атомов: в спектре испускания атомов водорода, находящихся во внеш.

электрич. поле напряжённостью =106 В/см, было обнаружено падение интенсивности линий, связанных с квант. переходами эл-нов из наиболее высоких возбуждённых состояний в основное. Явление было объяснено тем, что А. возбуждённых атомов становится более вероятным процессом, чем их излучат, переход в осн. состояние, и свечение этих линий затухает.

Наиболее полно исследована А. вблизи поверхности металла, т. к. она используется в автоионном микроскопе для получения увеличенного изображения поверхности (см. ИОННЫЙ ПРОЕКТОР). Вероятность А. у поверхности металла оказывается значительно большей, чем в свободном пр-ве при той же напряжённости поля, что обусловлено действием сил «изображения», снижающих потенц.

барьер (см. ШОТТКИ ЭФФЕКТ). Однако А. возможна лишь в том случае, когда расстояние атома от поверхности превышает нек-рое критич. расстояние xкр. Это связано с тем, что при обычных темп-pax для осуществления туннельного перехода эл-на в металл необходимо, чтобы осн. уровень энергии эл-на в атоме был поднят электрич. полем хотя бы до уровня Ферми (см. ФЕРМИ ЭНЕРГИЯ) в металле (рис. 2). Если атом приблизится к поверхности на xxкр также приводит к резкому уменьшению W. Поэтому А. практически имеет место в пределах нек-рой зоны вблизи хкр. В рабочем режиме автоионного микроскопа полуширина этой зоны составляет 0,2-0,4 A.

Явление А. используется также при создании ионных источников для масс-спектрометров. Достоинством таких источников явл. отсутствие в них накалённых электродов, а также то, что в них удаётся избежать диссоциации анализируемых молекул. Кроме того, с помощью таких ионных источников можно наблюдать специфические хим. реакции, происходящие лишь в сильных электрич.

полях. .