[논문 리뷰] Non-adiabatic Coulomb effects in strong field ionisation in circularly polarised laser fields I: Ionisation rates

Jivesh Kaushal, Olga Smirnova|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 11.

Laser-Matter Interactions and Applications인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 분석적 R-행렬(ARM) 방법을 원형 편광 레이저장 내 강한장 이온화를 모델링하기 위해 확장하며, 임의의 원자 포텐셜에 대해 비단조화 쿨롱 효과를 포함한다. 이온화율, 보정된 이온화 시각, 초기 속도, 운동량 이동 및 터널링 각도에 대한 해석적 표현을 유도하여 장거리 포텐셜 효과로 인한 전자 역학과 아토클록 캘리브레이션의 상당한 수정을 드러낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 장거리 쿨롱 포텐셜 효과를 포함하는 원형 편광 레이저장 내 강한장 이온화를 위한 일관된 이론적 프레임워크를 개발하기 위해.
• 이온화 중 및 이후 전자 역학을 기술할 때 단조화 근사의 한계를 해결하기 위해.
• 비단조화 쿨롱 효과 하에서 이온화율, 이온화 시각, 초기 속도 및 운동량 이동에 대한 해석적 표현을 도출하기 위해.
• 쿨롱 상호작용이 각도 스트리킹 실험에서 아토클록 캘리브레이션에 어떻게 영향을 주는지 조사하기 위해.
• 비단조화 쿨롱 보정을 고려한 원형 편광 빛 하에서 $p^{-}$ 및 $p^{+}$ 오비탈의 이온화율 비율을 검토하기 위해.

제안 방법

• 분석적 R-행렬(ARM) 방법을 원형 편광 레이저장 내 강한장 이온화를 포함하도록 확장한다.
• 이온화 중 및 이후에 모두 바인딩 포텐셜을 일관되게 포함함으로써 장거리 쿨롱 효과를 완전히 기술할 수 있도록 한다.
• ARM 프레임워크를 사용하여 이온화율, 이온화 시각, 전자 초기 속도 및 운동량 이동에 대한 해석적 해를 도출한다.
• 초기 원자 상태의 임의의 각운동량을 고려함으로써 p-오비탈 및 기타 비s-오비탈 시스템에의 적용을 가능하게 한다.
• 터널링 각도를 쿨롱 포텐셜에 의해 영향을 받는 동적 변수로 다루어 표준 단조화 그림을 보정한다.
• 비단조화 쿨롱 효과가 아토클록 캘리브레이션과 $p^{-}/p^{+}$ 이온화율 비율에 미치는 영향을 평가하기 위해 방법을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비단조화 쿨롱 효과는 원형 편광 강한장 이온화에서 이온화 시각을 어떻게 수정하는가?
• RQ2 쿨롱 상호작용은 이온화 후 전자 연속체 역학의 초기 조건을 어떤 방식으로 변화시키는가?
• RQ3 쿨롱 포텐셜은 전자가 포텐셜 장벽을 빠져나가는 터널링 각도에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ4 쿨롱 효과는 원형 편광장에서 전자의 드프트 운동량을 어느 정도 이동시키는가?
• RQ5 비단조화 쿨롱 보정은 각도 스트리킹 실험에서 아토클록 캘리브레이션에 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• 장거리 포텐셜 상호작용으로 인해 표준 단조화 예측과 다름없이 비단조화 쿨롱 효과에 의해 이온화 시각이 보정된다.
• 쿨롱 힘에 의해 이온화 후 전자의 초기 속도가 이동하여 연속체 역학의 시작점이 변화한다.
• 전자 장벽을 빠져나가는 방향인 터널링 각도가 쿨롱 포텐셜에 의해 수정되어 전자의 궤도에 영향을 준다.
• 비단조화 쿨롱 상호작용으로 인해 전자의 드프트 운동량이 체계적으로 이동하며, 운동량 스펙트로스코피에 영향을 준다.
• 쿨롱 효과로 인해 $p^{-}$ 및 $p^{+}$ 오비탈의 이온화율 비율이 수정되어 단조화 근사에서 예상되는 대칭성이 깨진다.
• 아토클록 캘리브레이션이 비단조화 쿨롱 보정에 민감하게 반응함이 밝혀져 각도 스트리킹 측정치의 재평가가 필요하다.