Laser spectroscopic study of metastable Ne atoms in gaseous and liquid He

Abstract

Nonradiative relaxation in Ag and alkali atoms excited to a p state was observed in recent examinations. This was explained as a result of a metal-helium exciplex formation. Metastable Ne atom is similar to the alkali atoms and alkaline earth ions in its electronic structure, and is expected to show a similar dynamics in liquid helium as those observed with alkali atoms and Ag. Observations of Laser Induced Fluorescence (LIF) spectrum were carried out on metastable Ne atoms Ne(sub *) transported into superfluid helium in a glass cell. Emission spectrum of the 692.9 nm line showed an asymmetric shape with a steep rising edge on the short wavelength side and a slower falling edge on the long wavelength side. The shape of spectrum can be explained as follows by the theoretical model proposed to explain the LIF spectra of the alkali and Ag atoms in the helium. In the upper state of the 692.9 nm line, an unpaired s electron in the lower state is excited to a p orbital. A number of helium atoms are attracted by the charged ion core of the metastable Ne atom to the nodal plane of p orbital where the electron distribution is zero. This leads to form a Ne(sub *)He(sub n) exciplex. This reduces the total energy of the system and resulted in the redshift and the line broadening. A narrow excitation line was also observed when the excitation laser beam was moved into superfluid helium.

最近の実験で、Agおよびp状態に励起したアルカリ原子において、非輻射緩和が起こることが明らかになった。これは、金属・ヘリウムエキシプレックスによるものと説明されている。準安定ネオン原子は、アルカリ原子およびアルカリ土類イオンと電子構造が類似しており、液体ヘリウム中でアルカリ原子およびAgと同様なダイナミクスを示すものと期待される。そこで、ガラスセル中の超流動ヘリウムに送り込んだ準安定ネオン原子Ne(sub *)について、レーザ誘起蛍光(LIF)スペクトルの観測を行った。波長692.9nmにおける発光スペクトルは、短波長端の急激な上昇と長波長端の緩やかな下降を伴う非対称な形状を示す。この形状は、ヘリウム中のアルカリ原子と銀原子のLIFスペクトルを説明するために提案された理論モデルによるって次のように説明できる。波長692.9nmの励起状態においては、低い状態の不対s電子がp軌道に励起されるが、多数のヘリウム原子は、準安定ネオン原子の電荷イオン核により、電子分布がゼロになるp軌道の節平面に引き付けられる。このことがエキシプレックスNe(sub *)He(sub n)の形成をもたらす。これは系の全エネルギーを減少させ、ラインの赤方偏移と線広がりをもたらすと考えられる。また、励起レーザビームを超流動ヘリウムに照射したとき、狭い励起線を測定した。