Charge transfer processes in collisions of H(+) ions with P atoms at low energies

Abstract

Charge transfer and excitation of P atoms in collision with H(+) ions at low to intermediate collision energies was investigated based on a molecular expansion method. The processes interested are the following: (1) collision of H(+) ion with ground state P atoms; and (2) collision of H(+) ion with metastable P atoms. A semiclassical molecular orbital expansion method with a straight line trajectory of the incident ion was employed to study the collision dynamics below 10 keV/u. The molecular states included in the dynamical calculations are the two sets of states: quartet states, and doublet states. First the collision process (1) is described. Below 1 keV/u, P(+)(3s(sup 1)3p(sup 3): (sup 5)S(sub 0)) state formation becomes a strong channel for charge transfer, although below 0.1 keV/u or so, 3((sup 4)Gamma(-)) state takes over. Above around 1 keV/u, P(+)(3s(sup 2)3p(sup 2): (sup 3)P) is found to be produced more efficiently, but as the energy decreases, P(+)(3s(sup 1)3p(sup 3): (sup 5)S(sub 0)) production dominates down to 0.03 keV/u. Below this energy, P(+)(3s(sup 2)3p(sup 2): (sup 3)P) production takes over again. Around 1 keV/u, both productions are comparable in magnitude. For the process (2), the 3((sup 2)Gamma(-)) state and 4((sup 2)Gamma(-)) radial coupling dominates at higher energy, while 2((sup 2)Gamma(-)) state and 4((sup 2)Gamma(-)) coupling takes over the dynamics as the energy decreases. In addition, 2((sup 2)Gamma(-)) state and 3((sup 2)Gamma(-)) radial coupling play some part at intermediate energy.

低エネルギーから中間エネルギー域でのH(+)イオンとの衝突におけるリン原子の電荷移動と励起を、分子展開法に基づいて研究した。対象とする過程は、(1)基底状態にあるリン原子とH(+)イオンの衝突、および(2)準安定状態のリン原子とH(+)イオンの衝突、である。入射イオンの直線軌道を用いた半古典的分子軌道展開法を用いて、10keV/u以下のエネルギーでの衝突ダイナミクスを研究した。動的な計算に含まれる分子状態は、四重項状態および二重項状態の2つの状態関数系である。まず衝突過程(1)について述べる。1keV/u以下のエネルギーでは、P(+)(3s(sup 1)3p(sup 3):(sup 5)S(sub 0))の状態の生成が電荷移動の主なチャンネルである。しかし0.1keV/u以下では3((sup 4)Γ(-))状態が支配的になる。1keV/u以上のエネルギーではP(+)(3s(sup 2)3p(sup 2):(sup 3)P)の状態が効率よく生成されることが分かった。しかし、エネルギーが減少するとP(+)(3s(sup 1)3p(sup 3):(sup 5)S(sub 0))の状態の生成が0.03keV/uまで主要となる。このエネルギー以下ではP(+)(3s(sup 2)3p(sup 2):(sup 3)P)の状態の生成が再び支配的になることが判明した。1keV/u近傍では両方の状態の生成効率が同程度の大きさになる。衝突過程(2)では、3((sup 2)Γ(-))状態と4((sup 2)Γ(-))状態の動径結合がエネルギーの高い領域で支配的であるが、エネルギーが減少すると2((sup 2)Γ(-))状態と4((sup 2)Γ(-))状態の結合がダイナミクスに関して支配的になる。さらに、2((sup 2)Γ(-))状態と3((sup 2)Γ(-))状態の動径結合が中間エネルギー域では主要となる。