Текст уведомления здесь

В МГУ раскрыли секреты фотоионизации

Использование уникального лазера позволило лучше понять процессы, до сих пор ускользавшие от физиков.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ вместе с коллегами из Германии, Италии и Японии провели уникальный эксперимент по ионизации светом положительно заряженного атома. Он позволил лучше понять нелинейные квантовые процессы, происходящие в новых источниках сверхкоротких ультрафиолетовых и рентгеновских импульсов. Соответствующая статья опубликована в Nature Physics.

Когда фотоны значительной энергии попадают в атом (и если при этом их энергии будет достаточно, чтобы тот потерял электрон), происходит превращение атома-мишени в ион, или фотоионизация. Процесс этот чрезвычайно сложен и одновременно интересен — его понимание важно для оптической связи, оптоэлектроники в целом и для многих других отраслей. Чтобы научиться его рассчитывать, нужно выяснить детали идущих в системе «атом-фотон» или «ион-фотон» квантовомеханических процессов, в том числе фазы и амплитуды колебаний участвующих в нем частиц.

В рамках квантовой механики волновую функцию вылетающего из атома электрона можно разложить на несколько волн, амплитуды и относительные фазы которых необходимы для полного описания его состояния. Долгие годы ушли на постановку таких экспериментов для нейтральных атомов. Но в практически важных системах часто нужно понимать поведение атома, дополнительно ионизируемого падающим фотоном (то есть такого, который уже потерял хотя бы один электрон до обстрела фотонами, а после него теряет дополнительные электроны и подвергается тем самым двойной ионизации).

Авторы новой работы провели эксперимент, в котором смогли зафиксировать параметры одинарной (одним фотоном) и двойной (двухфотонной) ионизации атомов неона. На первом этапе эксперимента атомы ионизировались предельно коротковолновым ультрафиолетовым излучением, сгенерированным лазером на свободных электронах. После этого наблюдалась круговая или линейная поляризация результирующих частиц. По ее характеру можно сделать вывод и о параметрах процессов в атоме неона, которые предшествовали выбросу электронов, — лучше понять основы самой фотоионизации.

Затем исследователи провели двойную ионизацию, при которой ядро атома неона испускало электрон уже с совсем иными параметрами, чем при поглощении одного фотона. Такой процесс сегодня можно провести «чисто» только на мощном фемтосекундном лазере на свободных электронах. В данном случае физики использовали установки FERMI (Триест, Италия). Дело в том, что для корректного проведения ионизации двумя фотонами их длина волны должна быть максимально близкой, а время между прибытием обоих фотонов — как можно более коротким. А учитывая, что для фотоионизации используется коротковолновый ультрафиолет, единственная установка, способная добиться нужных параметров, на сегодня есть только в FERMI.

Спектры вылетающих при этом электронов использовались для получения полной информации об амплитуде и относительной фазе волн, которыми можно было описать параметры как электронов, покидающих атом неона, так и тех электронов, что оставались внутри него. В итоге физикам удалось полностью реконструировать волновые функции связанных (в ионе) и несвязанных (покинувших ион) электронов. Поскольку такой эксперимент пока доступен на единственном в мире источнике излучения FERMI, то он является абсолютно уникальным.

Следует отметить, что, хотя источник излучения, использованного в эксперименте, и находился не в России, именно ученые из МГУ инициировали исследование и разработали теоретическое обоснование полного эксперимента по двухфотонной ионизации, а также выполнили его численное моделирование.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы