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Abstract

Using a crossed-beam apparatus with a double hemispherical electron spectrometer, we have studied the spectrum of electrons released in thermal energy ionizing collisions of metastable He*(23S) atoms with ground state Yb(4f14 6s21S0) atoms, thereby providing the first Penning electron spectrum of an atomic target with 4f-electrons. In contrast to the Hel (58.4 nm) and NeI (73.6/74.4 nm) photoelectron spectra of Yb, which show mainly 4f- and 6s-electron emission in about a 5:1 ratio, the He*(23S) Penning electron spectrum is dominated by 6s-ionization, accompanied by some correlation-induced 6p-emission (8% Yb+(4f14 6p 2P) formation) and very little 4f-ionization (≲2.5%). This astounding result is attributed to the electron exchange mechanism for He*(23S) ionization and reflects the poor overlap of the target 4f-electron wavefunction with the 1s-hole of He*(23S), as discussed on the basis of Dirac-Fock wave functions for the Yb orbitals and through calculations of the partial ionization cross sections involving semiempirical complex potentials. The presented case may be regarded as the clearest atomic example for the surface sensitivity of He*(23S) Penning ionization observed so far.

Ein klares atomares Beispiel für die Oberflächenempfindlichkeit der Penning-Ionisation: He*(23S) +Yb

Unter Benutzung einer Kreuzstrahl-Apparatur mit Doppelhalbkugel-Elektronenspektrometer haben wir das Energiespektrum von Elektronen untersucht, die bei thermischen, ionisierenden Stößen von metastabilen He*(23S)-Atomen mit Yb(4f146s2 1S0) Atomen im Grundzustand freigesetzt werden; damit liegt erstmals ein Penning-Elektronenspektrum eines Atoms mit 4f-Elektronen vor. Im Gegensatz zu den HeI (58.4 nm) und NeI (73.6/74.4 nm) Photoelektronenspektren von Yb, die vor allem die Emission von 4f- und 6s-Elektronen im Verhältnis von etwa 5:1 zeigen, dominiert im He*(23S) Penning-Elektronenspektrum die 6s-Ionisation, die von 8% Yb+(4f146p2P)-Bildung und sehr geringer 4f-Ionisation (≲2.5%) begleitet wird. Dieses erstaunliche Ergebnis erklären wir mit dem Elektronenaustausch-Mechanismus für die He*(23S) Penning-Ionisation; es spiegelt den geringen Überlapp der Yb(4f)-Elektronen mit dem 1s-Loch in He*(23S) wider, wie anhand von Modellrechnungen auf der Basis semiempirischer komplexer Wechselwirkungspotentiale verdeutlicht wird. Das hier untersuchte Stoßsystem stellt ein besonders klares atomares Beispiel für die Oberflächenempfindlichkeit der Penning-Ionisation durch He*(23S)-Atome dar.