Динамика электронов под барьером при туннелировании в сильном поле

от

Туннелирование — это специфическое квантовое явление, которому нет 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, а туннелирование всё ещё является доминирующим процессом.

Недавняя одномерная модель Майкла Клайбера и Карена Хацагорцяна 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 чисто 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. В текущей работе эта модель была применена 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 управления динамикой туннелирования в лазерной спектроскопии и аттосекундной физике», — утверждает Клайбер, теоретический автор статьи.

Более того, подбарьерные резонансы также могут вызывать аналогичные существенные изменения и задержки во времени туннелирования в аттосекундном диапазоне в сопоставимых сценариях, модифицируя, например, квантовую динамику туннелирования в молекулах, твёрдом теле и даже при высоких энергиях.

Предоставлено Обществом Макса Планка.