[논문 리뷰] Dissociative electron attachment dynamics of carbon disulfide and violation of axial recoil approximation near the 6-eV resonance

Anirban Paul, Dhananjay Nandi|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 20.

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한 줄 요약

이 연구는 6.2 eV 공명 부근에서 탄소 디설파이드(CS2)의 이온화 전자 부착(DEA) 동역학을 속도 슬라이스 영상(VSI)을 사용하여 조사하여, 일시적 음이온(TNI)의 굽힘으로 인해 축 방향 반동 근사법에서의 상당한 이탈을 규명하였다. S− 및 CS− 분자의 각도 분포는 TNI 굽힘이 넓고 비대칭적인 방출 패턴을 유도함을 보여주며, 고에너지 및 저에너지 이온에 대해 각각 56° 및 74°의 FWHM를 나타내어 강한 비선형 분해 동역학을 시사한다.

ABSTRACT

Complete dissociation dynamics of low-energy electron attachment to carbon disulfide have been studied using the velocity slice imaging (VSI) technique. The ion yields of S- and CS- fragment ions as the function of incident electron energy in the range 5 to 11 eV have been obtained. Two resonances for S- ions at around 6.2 eV and 7.7 eV and only one resonance for CS- ions at around 6.2 eV have been obtained in this energy range. The kinetic energy and the angular distributions of these fragment negative ions at different incident electron energies around these resonances have been measured. From the angular distribution of these fragment anions, we have found that the bending of the temporary negative ions causes a significant change in the angular distribution from the expected one.

연구 동기 및 목표

• CS2에 대한 저에너지 전자 부착의 분해 동역학을 이해하기 위해, 특히 6.2 eV 공명 부근에서의 행동을 분석한다.
• 속도 슬라이스 영상(VSI)을 사용하여 S− 및 CS− 분해 음이온의 운동에너지 및 각도 분포를 측정한다.
• 선형 삼원자 분자에 대한 DEA 과정에서 축 방향 반동 근사법의 타당성을 조사한다.
• TNI 굽힘이 분해 음이온의 방출 패턴을 왜곡시키는 데서 수행하는 역할을 규명한다.

제안 방법

• S− 및 CS− 분해 이온의 운동량 분포를 측정하기 위해 속도 슬라이스 영상(VSI) 기법을 사용하였다.
• 200 ns 펄스 전자 비임을 CS2에 대한 전자 부착을 위해 VSI 분석기에서 수직으로 교차시키며 일시적 음이온(TNI)을 생성하였다.
• 푸셔 플레이트에서 4 µs의 음성 추출 펄스가 렌즈 전극 및 원뿔형 도약 튜브를 통해 이온을 2차원 위치 감지기(PSD)로 집중시켰다.
• 운동량 영상에서 각도 분포를 추출하고, 다음의 컨volution 모델을 사용하여 피팅하였다: IBending(θ) = ∫ e−ψ²/2σ² IAxialRecoil(θ−ψ) dψ, 여기서 ψ는 굽힘 각도이다.
• 축 방향 반동 분포 IAxialRecoil(θ)는 구면 조화함수와 위상 차이를 포함한 |a1Y11 + a3Y13 eiδ|² 형태로 모델링되었다.
• TNI 굽힘의 정도를 정량화하기 위해 FWHM와 같은 가우시안 분포의 표준편차(σ)를 포함한 피팅 파라미터를 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 6.2 eV에서 CS2의 DEA 과정에서 TNI 굽힘이 축 방향 반동 근사법을 얼마나 위반하는가?
• RQ2 6.2 eV 공명 부근에서 S− 및 CS− 이온의 운동에너지 및 각도 분포는 어떻게 다름을 보이는가?
• RQ3 저에너지 S− 및 CS− 이온 형성 과정에서 진동 상태가 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 왜 저에너지 이온의 경우 고에너지 이온보다 방출 각도 분포가 더 넓은가?
• RQ5 이론적 모델이 없는 7.7 eV 공명의 대칭성과 동역학적 기초는 무엇인가?

주요 결과

• S− 이온 수율은 6.2 eV와 7.7 eV에서 두 개의 공명을 보이며, CS− 이온 수율은 6.2 eV에서만 하나의 공명을 나타낸다.
• S− 이온의 운동에너지 분포는 두 개의 뚜렷한 피크를 보이며, 하나는 약 0 eV 부근에 위치하고 다른 하나는 7.2 eV를 초과하여 감소하는 경향을 보여, 7.7 eV에서 3체 또는 제2의 2체 분해 채널을 통한 분해를 시사한다.
• 저에너지 S− 이온은 고도로 진동적으로 자극된 CS 조각으로 기인하며, 이들의 피크 위치가 입사 에너지와 관계없이 일정하게 유지됨을 통해 이를 확인할 수 있다.
• 분해 음이온의 각도 분포는 축 방향 반동 근사로는 설명될 수 없으며, TNI 굽힘이 방출 패턴을 상당히 왜곡시킴을 보여준다.
• TNI 굽힘에 대한 가우시안 컨볼루션 함수의 FWHM는 고에너지 S− 이온의 경우 56°, 저에너지 S− 이온의 경우 74°로 측정되어, 저에너지 영역에서 더 큰 굽힘 기여도를 나타낸다.
• CS− 이온의 각도 분포는 S− 이온과 유사하며, 고에너지와 저에너지 이ON에 대해 각각 48° 및 74°의 FWHM를 보여, 다양한 분해 이온 유형 간에 일관된 굽힘 효과를 확인한다.