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Vibrational Auto-Detachment of the Sulfur Hexafluoride Anion in a Low-background Cryogenic Ion Beam Trap

Menk, Sebastian

German Title: Schwingungsinduzierte, automatische Elektronenemission von Schwefelhexafluorid-Anion in einer untergrundarmen, kryogenen Ionenstrahlfalle

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Abstract

Vibrational electron auto-detachment (VAD) of excited (SF6−)* was investigated using the electrostatic Cryogenic Trap for Fast ion beams (CTF), where low temperatures of ~12 K and conditions of extremely high vacuum enabled the observation of the neutralization rate over almost five orders of magnitude, covering time scales from 500 µs after the ion production until the signal vanishes after ~100 ms. The present study significantly improves earlier measurements of this decay and provides an insight into the decay behavior for late times, the role of rotational excitation and radiative cooling of the observed time dependencies. Analyzing the present measurements with the help of a recent microscopic model for the SF6− VAD rate revealed astonishing agreement, confirming the stochastical character of the decay and excluding former models. Furthermore, a new value for the adiabatic electron affinity of SF6 was determined and typical cooling times for the (SF6−)* radiative stabilization were obtained, which competes with the VAD-decay at late times. Additionally, the continuation of the internal cooling was investigated by photo-excitation of the long-time stored SF6− ions by the observation of the delayed electron detachment; indications for the dissociation of SF6− could be identified.

Translation of abstract (German)

Die durch Molekülschwingungen ausgelöste Abtrennung von Elektronen (Vibrational Auto-Detachment, VAD) in angeregten (SF6−)* Molekülionen wurde in einer elektrostatischen, kryogenen Ionenstrahlfalle (CTF) untersucht. Die niedrigen Temperaturen von ~12 K und Bedingungen extrem hohen Vakuums ermöglichten die Beobachtung der Neutralisationsrate über fast fünf Größenordnungen mit Messzeiten zwischen 500 µs nach der Ionenproduktion bis der Zerfall nach ~100 ms verschwindet. Die präsentierten Untersuchungen führten zu einer bedeutenden Verbesserung im Vergleich zu früheren Beobachtungen dieses Zerfalls und gewährten dabei einen Einblick in den Zerfall zu späten Zeiten, die Rolle der Rotationsanregung und die Abhängigkeiten der Zerfallskurven von der Strahlungskühlung der SF6− Ionen. Die Anwendung eines kürzlich in der Literatur präsentierten, mikroskopischen Modells des VAD-Prozesses offenbarte bei der Interpretation der vorliegenden Messungen erstaunlich gute Übereinstimmung; der stochastische Charakter des Zerfalls konnte hiermit bestätigt und frühere Modelle können ausgeschlossen werden. Des Weiteren konnte ein neuer Wert der adiabatischen Elektronenaffinität von SF6 bestimmt werden, sowie typische Kühlzeiten von (SF6−)* für die Strahlungsstabilisation, welche mit dem VAD-Prozess zu späten Zeiten konkurriert. Darüber hinaus konnte durch Photoanregung eine erneute, verzögerte Elektronenemission der gespeicherten SF6− Ionen induziert werden, welche die Beobachtung der Strahlungsstabilisation zu längeren Zeiten ermöglichte und die Identifikation des Fragmentationsprozesses von SF6− zuließ.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Dr. Andreas
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 17 April 2013
Date Deposited: 10 May 2013 08:20
Date: 2013
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Schwefelhexafluorid, Anion, Ionenfalle, Elektronenemission, Schwingungsanregung, Photoablösung, Tieftemperatur, Ultrahochvakuum, Stochastisches Modell
Uncontrolled Keywords: Strahlungskühlung, Ionenquelle
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