低速高电荷态离子在晶体Al（111）面掠射的沟道效应与能量损失的计算机模拟

摘要

随着产生低速高电荷态离子源性能的提高，高电荷态离子与固体间的相互作用正在受到越来越多地关注。特别是，关于高电荷态离子在固体表面的散射及相关问题的研究已经成为这一领域的热点，它不仅揭示了一些基本的理论问题，同时也与离子束表面改性、表面结构分析、原子溅射沉积薄膜和纳米刻蚀与印刷等技术的应用紧密相关。 本论文用计算机模拟的方法研究了低速高电荷态离子在金属表面掠射的整个运动过程中的能量损失问题。能量损失主要来源于以下几个方面：镜像电荷的加速过程，入射离子与固体的电荷交换过程，金属表面的电子响应过程等。同时，本文还研究了低速高电荷态离子在金属表面掠射的沟道效应以及其对能量损失的影响。 本论文模拟的基本思想是在经典过垒模型下，采用蒙特卡罗方法(Monte Carlo)来模拟入射离子与固体间电荷交换过程的随机性，并将入射离子连续的运动过程离散化，在每一个步长中将入射离子的运动近似看成是匀加速直线运动。同时，本文利用matlab程序计算金属表面对入射离子的电子阻止本领，将其数值应用到以上程序中来计算整个过程的电子能量损失。 本文通过以上的模拟过程得出了各个过程的能量损失以及能量损失与不同的入射与出射参数的函数关系。由于本文考虑了入射离子与金属的电荷交换能损，故而计算得到的能量损失与初始电荷态的关系与实验值比前人符合得更好。同时，本文通过低速高电荷态离子在金属表面沟道效应的研究得出金属表面结构对入射离子能量损失的影响，从而为表面结构的分析提供了进一步的理论依据。 本论文主要分为四个部分：第一部分给出了低速高电荷态离子与固体作用的研究方向与研究进展，第二部分为低速高电荷态离子与固体作用过程能量损失的理论背景，第三部分给出低速高电荷态离子在金属表面掠射沟道效应的理论背景，最后一部分是我们的模拟结果及讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1低速高电荷态离子与固体表面相互作用过程研究的意义

1.2低速高电荷态离子与固体表面作用的研究方向及研究进展

1.2.1低速高电荷态离子与固体表面的电荷交换过程

1.2.2低速高电荷态离子的能量损失

1.2.3低速高电荷态离子同表面作用过程中电子的发射问题

1.2.4固体表面溅射与表面改性

参考文献：

第二章低速高电荷态离子在金属表面掠角散射的能量损失

2.1基于COB理论的低速高电荷态离子与金属表面的相互作用过程

2.1.1低速电荷态离子与金属表面的介电响应和动力学条件下的镜像势

2.1.2作用系统中运动电子所受的势能

2.1.3低速高电荷态离子与固体表面电荷交换的几率流方程

2.2基于COBM理论的镜像能量增益

2.3低速高电荷态离子与金属电荷交换过程的能量损失

2.4低速高电荷态离子在金属表面的非弹性能量损失

2.5低速高电荷态离子在金属表面的弹性能量损失

参考文献：

第三章低速高电荷态离子与金属表面相互作用的沟道效应

3.1相互作用势

3.2面沟道效应及产生沟道效应的条件

3.3实验与模拟过程中固体靶的准备

参考文献：

第四章模拟结果与讨论

4.1镜像电荷对SHCI在金属表面运动过程的影响

4.2电荷交换及能量损失

4.3金属对入射离子的电子阻止

4.4入射离子的总能量损失

4.5沟道效应与能量损失

参考文献：

第五章结论

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢