Fotoionización

La fotoionización es el proceso físico en el que se forma un ion a partir de la interacción de un fotón con un átomo o molécula . ^{[ 2 ]}

No toda interacción entre un fotón y un átomo o molécula resulta en fotoionización. La probabilidad de fotoionización está relacionada con la sección transversal de fotoionización de la especie, que se conceptualiza como un área de sección transversal hipotética. Esta sección transversal depende de la energía del fotón (proporcional a su número de onda) y de la especie considerada; es decir, depende de la estructura molecular. En el caso de las moléculas, la sección transversal de fotoionización se puede estimar mediante el análisis de los factores de Franck-Condon entre una molécula en estado fundamental y el ion objetivo. Esto se puede iniciar calculando las vibraciones de una molécula y el catión asociado (después de la ionización) utilizando software de química cuántica, como QChem. Para energías de fotones inferiores al umbral de ionización, la sección transversal de fotoionización es cercana a cero. Sin embargo, con el desarrollo de los láseres pulsados, se ha hecho posible generar luz coherente de gran intensidad, donde la ionización multifotónica puede ocurrir mediante secuencias de excitaciones y relajaciones. A intensidades aún mayores (alrededor de 10 ¹⁵ – 10 ¹⁶ W/cm ² de luz infrarroja o visible), se observan fenómenos no perturbativos como la ionización por supresión de barrera ^{[ 3 ]} y la ionización por redispersión ^{[ 4 ] .}

Varios fotones con energía inferior al umbral de ionización pueden combinar sus energías para ionizar un átomo. Esta probabilidad disminuye rápidamente con el número de fotones necesarios, pero el desarrollo de láseres pulsados ​​de alta intensidad aún lo hace posible. En el régimen perturbativo (por debajo de aproximadamente 10¹⁴ ^W /cm² ^a frecuencias ópticas), la probabilidad de absorber N fotones depende de la intensidad de la luz láser I como I ∝ N. ^{[ 5 ] Para} intensidades mayores, esta dependencia deja de ser válida debido al efecto Stark de CA que se produce en ese momento . ^{[ 6 ]}

La ionización multifotónica mejorada por resonancia (REMPI) es una técnica aplicada a la espectroscopia de átomos y moléculas pequeñas en la que se puede utilizar un láser sintonizable para acceder a un estado intermedio excitado .

La ionización por encima del umbral (ATI) ^{[ 7 ]} es una extensión de la ionización multifotónica donde se absorben incluso más fotones de los que serían necesarios para ionizar el átomo. El exceso de energía confiere al electrón liberado una energía cinética mayor que en el caso habitual de ionización justo por encima del umbral. Más precisamente, el sistema presentará múltiples picos en su espectro de fotoelectrones , separados por las energías de los fotones, lo que indica que el electrón emitido tiene más energía cinética que en el caso de ionización normal (con el menor número posible de fotones). Los electrones liberados del blanco tendrán aproximadamente un número entero de energías de fotones más energía cinética.

Al aumentar la intensidad del láser o aplicar una longitud de onda mayor que la del régimen en el que se produce la ionización multifotónica, se puede utilizar un enfoque cuasiestacionario que distorsiona el potencial atómico, de modo que solo queda una barrera relativamente baja y estrecha entre un estado ligado y los estados del continuo. Entonces, el electrón puede atravesar esta barrera por efecto túnel o, en el caso de distorsiones mayores, incluso superarla. Estos fenómenos se denominan , respectivamente, ionización por efecto túnel e ionización por encima de la barrera .

• Fuente de iones
• Radiólisis

• A. Lampros y A. Nikolopoulos (2019) Elementos del método de dinámica cuántica de fotoionización , IOP Conscise Physics ISBN 978-1643276533