Отрицательные ионы в криогенных средах

Abstract

Обсуждается положение дел с локализацией свободных электронов, внедренных в криогенную среду. В таких условиях электроны не связываются с газовыми атомами на боровских расстояниях, но могут участвовать в создании многочастичных комплексов, «конденсонов», понятие о которых и многие общие свойства исследованы в трудах И.М. Лифшица. Исходным для формализма является построение энергии взаимодействия электрона с газовой средой W(a₀, ng). Структура W(a₀, ng) в общем случае нелинейна по плотности ng газовой среды. Детали взаимодействия электрона с отдельными атомами определяются в газовом приближении характерной длиной рассеяния a₀, определяющей результативно знак и амплитуду W(a₀, ng). Свойства длины a₀ интегрально формируются конкуренцией контактного и обменного взаимодействий электрона с газовыми атомами. Используя явный вид W(a₀, ng), удается проследить за различными наблюдаемыми в криогенных средах эффектами, имеющими в своей основе образование «конденсонов» электронного происхождения. Речь идет о формировании пузырьков (bubble effect) в случае a₀ > 0 и возможной альтернативе, заряженных газовых уплотнениях, если a₀ < 0. Здесь электрон играет коллективизирующую роль. Формализм находится в качественном соответствии с прямыми измерениями минимальной энергии Vinject (в общем случае нелинейной по ng) при внедрении электронов в криогенную среду и другими наблюдаемыми следствиями.

Обговорюється положення справ з локалізацією вільних електронів, які впроваджено в кріогенне середовище. В таких умовах електрони не зв’язуються з газовими атомами на боровських відстанях, але можуть брати участь у створенні багаточастинкових комплексів, «конденсонів», поняття про які та багато загальних властивостей досліджено в працях І.M. Ліфшиця. Вихідним для формалізму є побудова енергії взаємодії електрона з газовим середовищем W(a₀, ng). Структура W(a₀, ng) у загальному випадку не є лінійною по щільності ng газового середовища. Деталі взаємодії електрона з окремими атомами визначаються в газовому наближенні характерною довжиною розсіювання a₀, яка визначає результативно знак та амплітуду W(a₀, ng). Властивості довжини a₀ інтегрально формуються конкуренцією контактної та обмінної взаємодій електрона з газовими атомами. Використовуючи явний вигляд W(a₀, ng), вдається простежити за різними в кріогенних середовищах ефектами, які спостерігаються, що мають в своїй основі створення «конденсонів» електронного походження. Мова йде про формування бульбашок (bubble effect) у разі a₀ > 0 та можливу альтернативу, заряджених газових ущільненнях, якщо a₀ < 0. Тут електрон грає колективизуючу роль. Формалізм знаходиться в якісній відповідності з прямими вимірами мінімальної енергії Vinject (в загальному випадку нелінійної за ng) при впровадженні електронів в кріогенне середовище та іншими спостережуваними наслідками.

We discuss localization of free electrons embedded in cryogenic media. These electrons do not bind to gas atoms within the confinement length of the order of the Bohr radius, but can participate in formation of “condensons”—many-particle complexes first introduced and studied by Lifshitz. The formalism is based on the construction of the interaction energy, W( a₀, ng), between the electron and the gas medium. The functional form of W( a₀, ng) is generally non-linear in the gas density ng and the details of the interaction between the electron and a single atom in the gas approximation are determined from the characteristic scattering length a₀, which determines both the sign and strength of W( a₀, ng). An explicit expression for W( a₀, ng), allows for a uniform description of various effects based on formation of “condensons” of electronic origin observed in cryogenic media. These include formation of bubbles (“bubble effect”) for a₀ > 0 and possibly alternative, charged gas density enhancement domains for a₀ < 0, where electron plays a collectivizing role. The formalism is in qualitative agreement with direct measurements of the minimal energy V inject (generally non-linear in ng) required to inject an electron into cryogenic media, as well as other experimental observations.