[論文レビュー] Non-adiabatic Coulomb effects in strong field ionisation in circularly polarised laser fields I: Ionisation rates

Jivesh Kaushal, Olga Smirnova|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2013

Laser-Matter Interactions and Applications被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、任意の原子ポテンシャルに対して非断熱クーロン効果を組み込んだ、強磁場イオン化をモデル化するための解析的R行列（ARM）法を円偏光レーザー場に拡張する。イオン化率、補正済みのイオン化時刻、初期速度、運動量シフト、トンネル角度の解析的表現を導出し、長距離ポテンシャル効果による電子ダイナミクスおよびアトクロック補正への顕著な修正を明らかにする。

ABSTRACT

We develop the recently proposed analytical R-matrix (ARM) method to encompass strong field ionisation by circularly polarised fields, for atoms with arbitrary binding potentials. Through ARM, the effect of the potential can now be included consistently both during and after ionisation, providing a complete picture for the effects of the long-range potential. We find that the Coulomb effects modify the ionisation dynamics in several ways, including modification of (i) the ionisation (exit) times, (ii) the initial conditions for the electron continuum dynamics, (iii) the tunnelling angle, at which the electron enters the barrier, and (iv) the electron drift momentum. We derive analytical expressions for the Coulomb-corrected ionisation times, initial velocities, momentum shifts and ionisation rates in circularly polarised fields, for arbitrary angular momentum of the initial state. We also analyse how the non-adiabatic Coulomb effects modify (i) the calibration of the attoclock in the angular streaking method, and (ii) the ratio of ionisation rates from $p^{-}$ and $p^{+}$ orbitals.

研究の動機と目的

• 円偏光レーザー場における強場イオン化を記述する一貫した理論的枠組みを構築すること。
• イオン化中およびその後の電子ダイナミクスを記述する際の断熱近似の限界を克服すること。
• 非断熱クーロン効果を考慮したイオン化率、イオン化時刻、初期速度、運動量シフトの解析的表現を導出すること。
• クーロン相互作用が角度ストリーク実験におけるアトクロック補正にどのように影響するかを調査すること。
• 非断熱クーロン補正を考慮した円偏光光下での $p^{-}$ および $p^{+}$ 軌道からのイオン化率比を検討すること。

提案手法

• 解析的R行列（ARM）法を、円偏光レーザー場における強場イオン化に拡張する。
• イオン化前後における結合ポテンシャルを一貫して組み込み、長距離クーロン効果を完全に記述可能にする。
• ARMフレームワークを用いて、イオン化率、イオン化時刻、初期電子速度、運動量シフトの解析的解を導出する。
• 初期原子状態における任意の角運動量を扱えるようにし、s軌道以外の系（p軌道など）への応用を可能にする。
• トンネル角度をクーロンポテンシャルに影響を受ける動的変数として扱い、標準的な断熱的図式を補正する。
• 非断熱クーロン効果がアトクロック補正および $p^{-}/p^{+}$ イオン化率比に与える影響を評価するために、手法を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非断熱クーロン効果は、円偏光強場イオン化におけるイオン化時刻にどのように影響するか？
• RQ2 クーロン相互作用は、イオン化後の電子連続状態ダイナミクスの初期条件をどのように変化させるか？
• RQ3 クーロンポテンシャルは、電子がポテンシャル障壁を通過する際のトンネル角度にどのように影響するか？
• RQ4 クーロン効果は、円偏光場内での電子のドリフト運動量をどの程度シフトさせるか？
• RQ5 非断熱クーロン補正は、角度ストリーク実験におけるアトクロック補正にどのように影響するか？

主な発見

• 非断熱クーロン効果によりイオン化時刻が補正され、長距離ポテンシャル相互作用のため、標準的な断熱的予測とは乖離する。
• イオン化後の初期電子速度はクーロン力によってシフトし、連続状態ダイナミクスの出発点が変化する。
• 電子が障壁から脱出する方向（トンネル角度）はクーロンポテンシャルによって変更され、電子の軌道に影響を与える。
• 非断熱クーロン相互作用により、電子のドリフト運動量が系としてシフトし、運動量分光法に影響を及ぼす。
• $p^{-}$ および $p^{+}$ 軌道からのイオン化率比はクーロン効果により変化し、断熱的極限での予想される対称性が破れる。
• アトクロック補正が非断熱クーロン補正に敏感であることが判明し、角度ストリーク測定の再評価が不可避となる。