[论文解读] 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 3

一句话总结

本论文通过使用主量子数 $n \leq 35$ 的单个 Slater 衍生的 $nd$ Rydberg 轨道，对两个弱相互作用的铷原子中的俄歇衰变速率进行了量子力学计算。结果表明，衰变速率 $\Gamma_A$ 随原子间距离 $R$ 呈幂律依赖关系，即 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$，且当 $R \approx R_n$（Rydberg 波函数尺寸）时，$\Gamma_A \propto n^{-5}$，凸显了在大间距下俄歇衰变在电子动力学中的主导作用。

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.

研究动机与目标

• 研究俄歇衰变在两个弱相互作用的 Rydberg 原子电子动力学中的作用。
• 对主量子数 $n \leq 35$ 的各种初态，量子力学地计算衰变速率 $\Gamma_A$。
• 确定 $\Gamma_A$ 与原子间距离 $R$ 和主量子数 $n$ 的函数关系。
• 评估俄歇衰变在 Rydberg-Rydberg 系统中与其他衰变机制相比的相对重要性。

提出的方法

• 采用主量子数 $n \leq 35$ 的 $nd$ Rydberg 轨道的单个 Slater 衍生，对双电子波函数进行建模。
• 在偶极近似下，利用量子多体理论形式，计算俄歇衰变速率 $\Gamma_A$。
• 分析 $\Gamma_A$ 随原子间距离 $R$ 的依赖关系，并拟合为幂律形式 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$。
• 在 $R \approx R_n$（Rydberg 电子波函数的特征尺寸）条件下，评估 $\Gamma_A$ 随 $n$ 的变化规律。
• 将结果与其他衰变通道进行比较，以评估俄歇过程的主导性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在双 Rydberg 原子系统中，俄歇衰变速率 $\Gamma_A$ 如何依赖于原子间距离 $R$？
• RQ2 作为 $R$ 的函数，$\Gamma_A$ 的函数形式是什么？幂律关系 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ 中的指数 $\alpha$ 是多少？
• RQ3 当 $R \approx R_n$ 时，$\Gamma_A$ 如何随主量子数 $n$ 变化？
• RQ4 在该系统中，俄歇衰变与其他电子动力学过程相比，其量级如何？

主要发现

• 俄歇衰变速率 $\Gamma_A$ 随原子间距离 $R$ 呈幂律依赖关系，可很好地由 $\Gamma_A \propto R^{\alpha}$ 描述。
• 当距离 $R \approx R_n$（Rydberg 波函数的特征尺寸）时，衰变速率随 $n$ 的变化关系为 $\Gamma_A \propto n^{-5}$。
• 幂律关系中的指数 $\alpha$ 依初始 Rydberg 态的不同而变化，表明衰变动力学具有态依赖性。
• 俄歇衰变在两个 Rydberg 原子的电子动力学中成为一个重要通道，尤其在其他过程可能被抑制的大间距区域中更为显著。