時間分辨電子動量譜儀

《時間分辨電子動量譜儀》是依託中國科學技術大學，由陳向軍擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：時間分辨電子動量譜儀
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：陳向軍
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

電子動量譜學是一種獨特的研究原子分子電子結構的實驗手段，可以獲得分子軌道動量空間的電子密度分布。受譜儀效率的限制，該技術多套用於氣相原子分子基態電子態的研究，而物理和化學上感興趣的低密度靶體系，如激發態分子、取向分子等，傳統譜儀的靈敏度則遠遠不夠，更無法實現時間分辨的電子動量譜學測量。本項目擬在項目組最新發展的高靈敏第四代電子動量譜學技術的基礎上，研製時間分辨的電子動量譜儀，其基本思想是利用一束泵浦雷射選擇性地將分子激發到特定的電子激發態，即製備初始波包。利用可調延時的快脈衝電子束使激發態分子體系電離，測量不同pump-probe 時間延時的電子動量分布，從而“拍攝”波包演化過程中電子云變化的影像。項目擬初步實現30-50 ns 的時間分辨。譜儀一旦研製成功將成為分子動力學研究的有力工具。

結題摘要

電子動量譜學是一種獨特的研究原子分子電子結構的實驗手段，可以獲得分子軌道動量空間的電子密度分布。受譜儀效率的限制，該技術多套用於氣相原子分子基態電子態的研究，而物理和化學上感興趣的低密度靶體系，如激發態分子、取向分子等，傳統譜儀的靈敏度則遠遠不夠，更無法實現時間分辨的電子動量譜學測量。本項目的主要研究內容是在項目組最新發展的高靈敏第四代2全形度電子動量譜儀技術的基礎上，研製時間分辨的電子動量譜儀，其基本思想是利用一束泵浦雷射選擇性地將分子激發到特定的電子激發態，即製備初始波包。利用可調延時的快脈衝電子束使激發態分子體系電離，測量不同pump-probe 時間延時的電子動量分布，從而“拍攝”波包演化過程中電子云變化的影像。項目擬初步實現30-50 ns 的時間分辨。 經過四年時間的研製，我們基本完成了時間子動量譜儀的研製。譜儀由脈衝雷射系統、脈衝電子槍、分子束、錐形減速透鏡、雙環型能量分析器、大面積的兩維位置靈敏探測器及相應的真空腔室、電源系統、電子學系統和數據獲取系統等組成。利用超快鈦寶石放大系統(Legend Pico, Coherent)加三倍頻(THG, Coherent)產生脈衝寬度2 ps、重複頻率 5 kHz、單脈衝能量160 μJ的可調諧的紫外泵浦脈衝雷射；利用熱陰極電子槍結合偏轉斬波技術產生脈衝寬度6 ns ~ 500 ns可調、電子能量100 eV ~ 10 keV可調、最大重複頻率200 kHz的脈衝電子束，在1 keV電子能量、10 ns脈寬、10 kHz重複頻率時，可以獲得1 nA的有效流強；2全形度電子動量譜儀則由五單元圓錐形減速透鏡、雙環型電子能量分析器、大面積的三層延遲線陽極位置靈敏探測器和分子束組成。譜儀的總時間分辨最低可以達到6 ns，好於設計指標。 儀器研製成功後，我們對甲苯分子S1激發態的系間竄躍過程進行了初步測量，觀測到了系間竄躍得到的三重態T1態π*軌道的電離能峰及其隨時間的變化。這將為分子動力學研究提供新的有力工具。