[論文レビュー] Quantum mechanical calculation of Rydberg-Rydberg Auger decay rates

Martin Kiffner, Davide Ceresoli+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2015

Advanced Chemical Physics Studies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、$n \leq 35$ の $nd$ ライドバーグ軌道の単一スレーター行列式を用いて、2つの弱く相互作用するルビジウムライドバーグ原子におけるオイジェン崩壊率の量子力学的計算を提示する。崩壊率 $Γ_A$ は、原子間距離 $R$ に対してべき乗則に従う依存関係を示し、$Γ_A \propto R^{\alpha}$ となる。特に、$R \approx R_n$（ライドバーグ波動関数の大きさ）のとき、$Γ_A \propto n^{-5}$ となることが判明し、大規模な距離においてオイジェン崩壊が電子ダイナミクスにおいて支配的役割を果たすことが強調される。

ABSTRACT

We present quantum mechanical calculations of the Auger decay rate $\Gamma_A$ of two Rubidium Rydberg atoms with weakly overlapping electron clouds. The two-electron wavefunction is modelled by a single Slater determinant of $nd$ Rydberg orbitals with principal quantum number $n\le35$. The dependence of $\Gamma_A$ on the atom-atom separation $R$ is well described by a power law $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ and we calculate the exponents $\alpha$ for various initial states. For atomic separations equal to the size of the Rydberg electron wave function $R_n$ we find that $\Gamma_A \propto n^{-5}$. We discuss the importance of Auger decay compared to other contributions to the electron dynamics in the two Rydberg atom system.

研究の動機と目的

• 2つの弱く相互作用するライドバーグ原子の電子ダイナミクスにおけるオイジェン崩壊の役割を調査すること。
• $n \leq 35$ のさまざまな初期状態について、量子力学的に崩壊率 $\Gamma_A$ を計算すること。
• 崩壊率 $\Gamma_A$ が原子間距離 $R$ や主量子数 $n$ に対してどのように依存するかを特定すること。
• ライドバーグ-ライドバーグ系において、オイジェン過程が他の崩壊メカニズムと比較して相対的にどの程度重要であるかを評価すること。

提案手法

• 2電子波動関数は、主量子数 $n \leq 35$ の $nd$ ライドバーグ軌道の単一スレーター行列式でモデル化される。
• オイジェン崩壊率 $\Gamma_A$ は、電気双極子近似における量子力学的多体形式を用いて計算される。
• 原子間距離 $R$ に対する $\Gamma_A$ の依存関係が分析され、べき乗則 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ にフィットされる。
• ライドバーグ電子波動関数の特徴的なサイズ $R_n$ における $n$ に対する $\Gamma_A$ のスケーリングが評価される。
• 他の崩壊チャネルと比較することで、オイジェン過程の優位性が評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つのライドバーグ原子系において、オイジェン崩壊率 $\Gamma_A$ は原子間距離 $R$ にどのように依存するか？
• RQ2 $\Gamma_A$ の $R$ に関する関数形は何か？ べき乗則 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ の指数 $\alpha$ は何か？
• RQ3 $R \approx R_n$ のとき、$\Gamma_A$ は主量子数 $n$ に対してどのようにスケーリングするか？
• RQ4 この系において、オイジェン崩壊は他の電子ダイナミクス過程と比較してどの程度の大きさであるか？

主な発見

• オイジェン崩壊率 $\Gamma_A$ は、原子間距離 $R$ に対してべき乗則的依存関係を示し、$\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ でよく記述される。
• 距離 $R \approx R_n$（ライドバーグ波動関数の特徴的なサイズ）では、崩壊率は $\Gamma_A \propto n^{-5}$ に比例する。
• べき乗則における指数 $\alpha$ は初期ライドバーグ状態に依存し、状態依存の崩壊ダイナミクスを示している。
• オイジェン崩壊は、特に他のプロセスが抑制される大規模な距離において、2つのライドバーグ原子の電子ダイナミクスにおいて顕著なチャネルとして浮き彫りになる。