Resonant scattering of low-energy electrons from free molecules at very high resolution
Final Report Abstract
Ziel dieses Vorhabens war die detaillierte Charakterisierung scharfer Resonanz-Strukturen in Wirkungsquerschnitten für Stoßprozesse niederenergetischer Elektronen mit ausgesuchten Atomen (Ne, Ar, Kr) und Molekülen (N2, OCS) untersucht. Dazu wurden hochauflösende Elektronen-Streuexperimente mit zwei verschiedenen Apparaturen durchgeführt. Die in Kaiserslautem im Rahmen der Forschergruppe FOR 307 entwickelte neuartige Elektronen- Streu-Apparatur (NESA) verwendet eine Laser-Photoelektronenquelle mit wenigen meV Energiebreite und einen kollimierten Düsenstrahl als Gastarget. Die in Fribourg (Schweiz) in Kooperation mit M. Allan genutzte konventionelle, aber hoch-entwickelte Apparatur verwendet Doppel-Halbkugel-Kondensatoren zur Erzeugung und Analyse der Elektronen bei Energiebreiten von typisch 1 0 - 1 3 meV und deckt Streuwinkel im Bereich 10-180° ab. Mittels winkelabhängiger elastischer Streuung wurden die scharfen Feshbach-Resonanzen Rg~(mp5(m+1)s2 2p3/2,1/2) der Edelgasatome Rg = Ne, Ar, und Kr (m = 2 - 4) mit einer bisher andernorts nicht erreichten Genauigkeit charakterisiert. Dabei wurde in Kooperation mit Theoretikem (W. Meyer, Kaiserslautem; K. Bartschat und O. Zatsarinny, Des Moines, Iowa, USA) auch eine verbesserte theoretische Beschreibung erreicht. Für Neon wurden in Fribourg auch winkeldifferentielle inelastische Querschnitte (in absoluten Einheiten) für die Anregung in Niveaus der 2p5 3s und 2p5 3p Konfigurationen über einige eV ab der Schwelle gemessen; in diesem Bereich finden sich zahlreiche scharfe Resonanz- und Schwellenstrukturen. Zum Vergleich wurden von K. Bartschat und O. Zatsarinny B-Spline R-Matrix Rechnungen dieser Prozesse durchgeführt. Es ergab sich eine beeindruckende Übereinsfimmung zwischen Experiment und Theorie, und diese gemeinsamen Arbeiten dokumentieren nachdrücklich die Fortschritte bei der theoretischen Beschreibung der inelastischen Elektron-Atom-Streuung mit der neuen Methode. Mittels winkelabhängiger elastischer und vibrationsinelastischer Streuung wurden die scharfen Feshbach-Resonanzen N2-(3s8' 4sg22 ?8 v = 0 - 2) mit Energiebreiten von 6 bzw. 13 meV untersucht. Die zahlreichen Messergebnisse wurden in Kooperation mit W. Meyer - unterstützt durch ab initio Rechnungen der relevanten neutralen und anionischen Potentialkurven - einer gemeinsamen Analyse unterzogen, die neue Einblicke in die Dynamik des Streuprozesses gewährte und die Resonanzbreite auf 1.3(2) meV festlegte. Für das Molekül Carbonylsulfid (OCS) wurden Messungen der totalen, elastischen und vibrationsinelasfischen Querschnitte im Hinblick auf deren mögliche Beeinflussung durch Vibrafions-Feshbach-Resonanzen (VFR) durchgeführt. VFR spielen in der Streuung an CO2- und CS2-Molekülen sowie in der Anionenbildung bei CO2- und OCS-Clustem eine wichtige Rolle. In Erweiterung bisheriger Erkenntnisse wurden für das OCS-Molekül ein klares Ramsauer-Townsend Minimum in der elastischen Streuung, Schwellenpeaks sowie die Symmetrie-spezifische Beeinflussung der Schwingungsanregung durch Shape-Resonanzen gefunden, aber interessanterweise keine VFR-artigen Strukturen.
Publications
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M. Allan, K. Franz, H. Hotop, O. Zatsarinny, and K. Bartschat
- Absolute angle-differential cross sections for excitation of neon atoms by electrons of energy 16.6- 19.2 eV in Photonic, Electronic and Atomic Collisions (Proc. 24th Int. Conf.; P. D. Fainstein, M. A. P. Lima, J. E. Miraglia, E.C.Montenegro, R. D. Rivarola, eds.), pp. 261-264, Worid Scientific, Singapore (2006)
M. Allan, K. Franz, H. Hotop, O. Zatsarinny, and K. Bartschat
- Low-lying resonances in electron-argon scattering: measurements at 5 meVresolution and comparison with theory. Phys. Rev. A 78, 012712 (1 - 16) (2008)
K. Franz, T. H. Hoffmann, J. Bommels, A. Gopalan, G. Sauter, W. Meyer, M. Allan, M.-W. Ruf, and H. Hotop
- Resonance structure in low-energy electron scattering from OCS. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41, 195202 (7 pp) (2008)
T. H. Hoffmann, H. Hotop, and M. Allan
- Absolute angle-differential cross sections for electron-impact excitation of neon within the first 3.5 eV above threshold. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42, 044009 (11 pp) (2009)
M. Allan, K. Franz, H. Hotop, O. Zatsarinny, and K. Bartschat
- Resonance structure in electron-N2 scattermg around 11.5 eV: high resolution measurements, ab initio calculations and line shape analyses. J.Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42, 2152202 (13 pp) (2009)
T. H. Hoffmann, M. Allan, K. Franz, M.-W. Ruf, H. Hotop, G. Sauter, and W. Meyer
