Slow Heavy-Particle Induced Electron Emission from Solid Surfaces pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Winter, H. P. 编

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:

价格:$ 281.37

装帧:HRD

isbn号码:9783540707882

丛书系列:

图书标签:

• Electron Emission
• Slow Heavy Particles
• Surface Physics
• Solid Surfaces
• Ion-Surface Interaction
• Secondary Electron Emission
• Materials Science
• Vacuum Physics
• Surface Analysis
• Plasma-Surface Interaction

慢速重粒子诱导固体表面电子发射研究：理论、实验与应用 本书籍旨在为材料科学、表面物理学和核物理学领域的研究人员和高级学生提供一个全面而深入的指南，聚焦于慢速重粒子（指动能较低，质量较大的离子，如中等能量的惰性气体离子、碱金属离子或低能重离子）轰击固体表面时引发的电子发射现象。本书将系统地梳理该领域的历史发展、基本物理机制、前沿实验技术以及新兴的应用前景。 第一部分：基础理论与背景 本书的开篇部分将奠定理解慢速重粒子诱导电子发射（Low-Energy Heavy Particle Induced Electron Emission, LEHPIEE）所需的理论基础。 第一章：表面物理学与电子结构基础 本章将回顾固体表面电子结构的特性，包括功函数、电子态密度（DOS）以及表面与体相电子的差异。重点讨论电子在固体中的输运机制，如弹道输运和散射过程。深入探讨金属、半导体和绝缘体表面在不同环境下的电子性质，为后续分析电子发射过程的起点提供必要的背景知识。 第二章：慢速重粒子相互作用概述 本章详细介绍慢速重离子与固体表面相互作用的基本物理图像。不同于高能离子辐照，慢速重粒子与固体原子的相互作用主要体现为弹性碰撞和电子激发过程的竞争。我们将分析粒子在入射路径上能量损失的机制，如电子阻力（Electronic Stopping Power）和核阻力（Nuclear Stopping Power）。重点区分电子激发和电荷交换过程在低能范围内的主导地位。 第三章：电子发射的基本机制 本章是全书的核心理论部分，将详细阐述慢速重粒子诱导电子发射的几种主要机制： 3.1 经典激发现象（Kinetic Emission, KE）： 尽管慢速重粒子主要集中在势能激发，但对于动能稍高的重粒子，动能激发仍不能完全忽略。本章会讨论如何区分慢速与快速粒子诱导的动能激发，以及其依赖的能量阈值和粒子质量效应。 3.2 势能激发机制（PotentiaI Emission, PE）： 这是慢速重离子诱导发射中最具特色的机制。本书将深入分析俄歇中和（Auger Neutralization）和共振电离（Resonance Ionization）过程。详细探讨了费米能级、离子内层能级与固体电子态之间的匹配条件，以及这些过程如何依赖于入射离子的电荷态和固体材料的特性。特别是对于高电负性或低电离电位的粒子，势能激发的效率远高于动能激发。 3.3 激发态粒子与表面反应： 讨论处于激发态的粒子或不稳定的粒子束与表面作用时可能发生的附加发射过程，如激发态中性粒子在表面的去激发与电子捕获。 第二部分：实验技术与测量方法 准确测量和表征慢速重粒子诱导的电子发射是理解该现象的关键。本部分将聚焦于当前最先进的实验设置和数据分析技术。 第四章：低能离子束的制备与控制 本章介绍如何产生稳定、单能的慢速重离子束。内容包括：离子源技术（如离子解吸源、共振电离源）、加速器设计（特别是用于低能级的减速级和单色器）、离子束的质量分离与纯度控制。重点阐述如何通过电场或磁场精细控制入射离子的能量，确保其落在“慢速”区间的有效范围（通常是几eV到几keV）。 第五章：电子收集与能量分析技术 详细阐述用于探测被发射电子的设备和技术： 5.1 电子收集系统： 包括法拉第杯、微通道板（MCP）探测器、以及用于测量角分布的微通道板阵列。讨论如何设计高灵敏度的系统以应对极低的发射产额。 5.2 电子能量谱分析： 重点介绍半球式电子能量分析器（Hemispherical Energy Analyzers, HEA）和时间飞行（Time-of-Flight, TOF）谱仪在分辨不同发射机制方面的应用。讨论如何通过谱形分析确定发射电子的能量分布，从而区分动能激发和势能激发电子。 5.3 表面诊断与环境控制： 强调实验中对样品表面的实时监测，如使用LEED、XPS或STM/AFM来监测表面污染或晶格损伤，并讨论超高真空（UHV）环境对测量结果的决定性影响。 第六章：时间分辨与瞬态测量 介绍如何利用时间分辨技术研究电子发射的动力学过程。例如，使用脉冲离子束或快速扫描技术来研究表面对粒子轰击的响应时间，探究电子-电子相互作用和电子弛豫的时间尺度。 第三部分：材料依赖性与环境效应 慢速重粒子诱导的电子发射对靶材料的性质极为敏感。本部分将探讨不同材料体系下的具体表现和影响因素。 第七章：金属表面的电子发射特性 研究块体金属和单晶金属表面在慢速重离子轰击下的电子发射规律。讨论费米能级的位置、电子态密度的拓扑结构以及晶面取向对势能激发截面的影响。对比碱金属（易于激发）和过渡金属（复杂的电子交换）的差异。 第八章：半导体与绝缘体的复杂响应 半导体和绝缘体的电子发射机制更为复杂，因为它们的禁带结构会影响电子的输运和收集效率。 8.1 半导体： 讨论入射粒子如何影响表面能带的弯曲，以及电子在导带和价带之间的跃迁对发射电流的贡献。重点分析掺杂对发射阈值和强度的影响。 8.2 绝缘体： 深入分析绝缘体表面积累电荷（Charging Effect）对电子收集和离子束聚焦的干扰。讨论如何利用光激发或辅助技术来缓解电荷积累问题，以及在绝缘体中激发产生的电子如何克服势垒逃逸表面。 第九章：表面修饰与污染的影响 本章探讨对固体表面进行预处理或在实验过程中发生的表面变化对电子发射截面的影响： 9.1 表面化学反应： 考察活性离子（如O、F或Cs）轰击引起的表面氧化、还原或表面簇的形成如何改变表面功函数和电子态密度，进而调制PE和KE的效率。 9.2 靶材退化与注入效应： 讨论慢速重粒子在低能下更容易被材料捕获（注入），导致表面结构缺陷的产生或形成新的化学层，这些变化对后续粒子轰击的电子产额的影响。 第四部分：应用前景与未来方向 本书的最后部分将展望慢速重粒子诱导电子发射现象在现代科学技术中的潜在应用。 第十章：离子源与表面分析技术的新机遇 10.1 高灵敏度表面分析： 阐述如何利用高效率的势能激发机制开发新的、对表面化学态极其敏感的分析技术，例如“原子探针”技术，它能通过中性原子或低能离子束探测极低能级的电子结构。 10.2 负离子源的优化： 讨论通过在阴极材料中引入高功函数元素（如Cs）或利用特定离子诱导发射机制，来提高负离子源的产额，这对于加速器物理和材料沉积至关重要。 第十一章：辐射物理与材料损伤评估 探讨慢速重粒子在核聚变反应堆材料、先进电子器件制造等领域中的潜在影响。分析LEHPIEE在评估材料表面微观损伤、表面电荷的积累与耗散机制中的作用，为设计抗辐照材料提供理论指导。 第十二章：未来研究方向与挑战 总结当前研究的瓶颈，包括对多体相互作用的精确理论描述、低能区电荷交换截面的实验不确定性，以及开发能够同时进行能量和角分辨测量的便携式或原位监测系统的需求。展望结合机器学习和第一性原理计算来加速对复杂界面电子发射行为的理解。 本书内容严谨、论述详实，旨在成为该交叉学科领域内研究人员必备的参考手册。

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