[論文レビュー] Doubly-charged Negative Ion of C60 Molecule

A. Z. Msezane, A. S. Baltenkov|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2016

Atomic and Molecular Physics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ディラックおよびローレンツ・バブルポテンシャルモデルにおける変分法を用いて、二価負イオン（C60^2−）の存在と性質を調査した。安定な束縛状態が存在し、全エネルギーがゼロ未満であることが示された。また、C60の第二電子親和エネルギーは約1 eVと推定された。光電子放出断面積は、第一脱離過程では指数的に小さな値を示し、第二過程ではべき乗則に従って増加する特徴的な閾値挙動を示した。

ABSTRACT

Within the Dirac- and Lorentz-bubble potential models an electronic structure of the doubly-charged negative ion has been studied by a variational method. It is shown that even in the first approximation of this method when a trial wave function of the two electrons is represented as a product of one-electron functions the total energy of the system is negative, a manifestation of the existence of a stable state of the doubly-charged negative ion in these models. The second electron affinity of C60 according to estimation is about 1 eV. The photodetachment cross sections of this ion have been calculated as well. Near threshold behavior of cross section is found to exhibit peculiar and interesting behavior. The first cross section accompanied by the transformation of the doubly-charged negative ion into a singly-charged one is exponentially small near the process threshold. The second cross section corresponds to the photodetachment of a singly-charged ion; it increases at the threshold as a power function of the kinetic energy of the photoelectron. These cross sections are of the same order as the photodetachment cross sections of atomic ions with the same electron affinity. AMS (MOS) Subject Classification. 70G75, 81V10, 81V55

研究の動機と目的

• C60の二価負イオンの電子構造および安定性を特定すること。
• 量子力学的モデルを用いてC60の第二電子親和エネルギーを推定すること。
• C60^2−の光電子放出断面積を分析し、その閾値挙動を理解すること。
• 類似した電子親和エネルギーを有する原子イオンと比較して、C60^2−の光電子放出ダイナミクスを検討すること。

提案手法

• 一電子関数の積として構成された試行波動関数を用いた変分法を採用した。
• C60^2−における電子相関および電子-核相互作用を記述するために、ディラックおよびローレンツ・バブルポテンシャルモデルを用いた。
• 系の全エネルギーを計算して、二価負イオンの安定性を評価した。
• C60^2− → C60^− および C60^− → C60 の両脱離段階における光電子放出断面積を計算した。
• 断面積の閾値挙動を分析し、指数的抑制とべき乗則的発散の違いを区別した。
• 類似した電子親和エネルギーを有する原子イオンの既知の光電子放出断面積と比較することで、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C60の二価負イオン（C60^2−）は安定な束縛状態を有するか？
• RQ2 C60の第二電子親和エネルギーの推定値は何か？
• RQ3 C60^2−の光電子放出断面積は、閾値エネルギー付近でどのように振る舞うか？
• RQ4 第一および第二光電子放出過程における閾値依存性の性質は何か？
• RQ5 C60^2−の光電子放出断面積は、同等の電子親和エネルギーを有する原子イオンと定量的に比較してどう異なるか？

主な発見

• C60^2−イオンの全エネルギーは、最初の近似において負であり、モデル内での安定な束縛状態の存在を示唆している。
• 変分エネルギー計算に基づき、C60の第二電子親和エネルギーは約1 eVと推定された。
• 第一脱離過程（C60^2− → C60^−）の光電子放出断面積は、閾値近傍で指数的に小さな値を示す。
• 第二脱離過程（C60^− → C60）の光電子放出断面積は、光電子の運動エネルギーのべき乗関数として、閾値近傍で増加する。
• 光電子放出断面積の大きさは、類似した電子親和エネルギーを有する原子イオンで観測された値と同等であった。
• モデルは、電子相関およびフラーレンのポテンシャル構造の重要性を強調する、顕著な閾値挙動を予測した。