《低能Arq+離子與固體表面碰撞的動力學過程研究》是依託四川大學，由張紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低能Arq+離子與固體表面碰撞的動力學過程研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張紅
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低能離子與固體表面碰撞研究不僅對表面物理、原子物理等多門學科有重要科學意義，而且在核燃料、太電子伏加速器、遠紫外光刻源系統、二級質譜分析系統、蛋白質脫附以及腫瘤診斷等領域有重要運用價值。本項目針對其中亟待解決的重要問題，即如何描述離子經歷的細緻原子動力學過程和表面的結構以及性質變化，選取低能氬離子和石墨、矽、鋁、銥的表面碰撞過程，著重於原子與固體表面的相互作用研究；基於從頭算原子結構程式並發展相關算法細緻研究入射離子經歷的原子動力學過程，確定離子狀態；用實時傳播子含時密度泛函方法研究Arq+和固體表面碰撞過程中fs時間尺度的電子激發和轉移過程;用基於第一性原理的計算結果構造的相互作用勢針對細緻的離子狀態進行大時間尺度的分子動力學模擬，預測表面在Arq+作用下的結構形貌和性質變化,揭示離子轟擊表面的微觀物理過程和相互作用機制，為低能離子處理材料表面、量子調控等相關套用提供理論支撐。
結題摘要
低能離子與固體表面碰撞研究不僅有重要科學意義而且在一些高技術領域有重要運用價值。過去人們對其進行了大量的實驗研究，但理論研究明顯不足。本項目對高電荷態離子與固體表面相互作用的基本過程進行了理論研究，基於從頭算原子結構程式並發展相關算法細緻研究入射離子經歷的原子動力學過程，用實時傳播子含時密度泛函方法研究碰撞過程中fs時間尺度的電子激發和轉移過程，用基於從頭算法計算結果構造的相互作用勢針對離子和固體表面進行大時間尺度的分子動力學模擬，預測表面的結構變化,揭示了離子轟擊表面的微觀物理過程；詳細研究了Ar17+離子與金屬Al面相互作用過程中的內殼層填充和X射線發射。研究得出Ar17+離子與Al(111)面相互作用過程中電子占據數隨時間的演化變化關係以及入射離子的末了電荷態和K殼層X射線的中心能量、半高全寬、譜線強度與其入射動能的關係， 並得出俄歇和輻射躍遷過程被逐步填充。同時，採用分子動力學模擬方法對高電荷態Arq+等離子與石墨表面的相互作用過程及矽表面納米結構尺寸進行了研究，從原子水平上分析了化學鍵的變化特徵。考慮了入射離子的勢能效應以及動能效應和入射過程中的鏡像能量增益；單個的高電荷態離子入射石墨和矽表面時誘導生成丘狀納米結構與實驗中觀察到的納米丘形貌一致；得出高電荷態離子與矽表面相互作用時，隨電荷區域半徑的增大，形成的坑狀的納米結構尺寸就越大的結論。本項目拓展研究了He+離子與單層石墨烯之間的相互作用, 發現離子誘導的電子發射依賴於碰撞點，表明可用He+離子獲得懸浮石墨烯的高精確圖像。 項目研究取得了較好的科研成果和國際影響：發表SCI論文35篇，其中影響因子大於3的論文10篇，包括Physical Review Letters (1篇)；美國科學院院刊PNAS（1篇）；Physical Review B（2篇）; JPCC等（6篇）。其中申請人以第一作者在Physical Review Letters發表的論文在國家自然科學基金委主頁的“基金要聞”中得到報導，在美國科學院院刊PNAS發表的研究論文得到國內外同行的認同， 該研究成果到美國，日本等大學和研究所得到宣傳和報導。同時，申請人在基金研究期間作為共同主席主持國際會議2個,國內會議2個；在國際會議上做邀請報告6次。本項目的研究成果必然會對今後低能離子處理材料表面及量子調控等的研究提供理論支撐。
