Туннелирование — это специфическое квантовое явление, не имеющее аналога в классической физике. Оно играет важную роль в явлениях сильного поля при взаимодействии атомов и молекул с интенсивными лазерами. Такие процессы, как генерация гармоник высокого порядка, обусловлены динамикой электронов после туннельной ионизации.
Хотя это явление широко изучено, поведение электронов под туннельным барьером, хотя и не менее значимое, оставалось неясным. Понимание ионизации, вызванной лазером в сильном поле, выделяет два сценария для данной системы и частоты лазера: многофотонный режим при относительно низких интенсивностях и туннелирование при высоких интенсивностях.
Однако большинство экспериментов в сильном поле проводились в промежуточной ситуации, когда наблюдаются многофотонные сигнатуры, в то время как туннелирование всё ещё является доминирующим процессом.
Новая модель и механизм возбуждения
Недавняя одномерная модель Майкла Клайбера и Карен Хацагорцян из теоретического отдела Кристофа Кейтеля в Институте ядерной физики Общества Макса Планка (MPIK) в Гейдельберге предсказала новый механизм возбуждения: электрон может отражаться в конце туннеля — также чистый квантовый эффект. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
При распространении назад под барьером электрон получает дополнительную энергию, достаточную для достижения возбуждённого состояния атома. Затем это состояние может быть ионизировано путём поглощения нескольких фотонов.
Текущая работа применила эту модель к ионизации атомов ксенона в сильном поле, включая как прямую многофотонную ионизацию, так и подбарьерное столкновение в полном трёхмерном расчёте.
Аналогичное поведение было обнаружено для атомов криптона как экспериментально, так и теоретически, что доказывает более общую значимость подбарьерной динамики в сильных лазерных полях.
«Новые результаты расширяют наше понимание контроля динамики туннелирования в лазерной спектроскопии и аттосекундной физике», — утверждает Клайбер, автор теоретической части статьи.
Более того, подбарьерные резонансы, вероятно, также вызовут аналогичные существенные поправки и задержки во времени туннелирования в аттосекундном диапазоне в сопоставимых сценариях, модифицируя, например, квантовую динамику туннелирования в молекулах, твёрдом теле и даже в условиях высоких энергий.
Предоставлено Обществом Макса Планка.