Двойная ионизация
Двойная ионизация — это процесс образования двухзарядных ионов при воздействии лазерного излучения на нейтральные атомы или молекулы. Двойная ионизация обычно менее вероятна, чем одноэлектронная ионизация . Различают два типа двойной ионизации: последовательную и непоследовательную.
Последовательная двойная ионизация
[ редактировать ]Последовательная двойная ионизация — это процесс образования двухзарядных ионов, состоящий из двух актов одноэлектронной ионизации: первый электрон отрывается от нейтрального атома/молекулы (оставляя однозарядный ион в основном состоянии или возбужденном состоянии ) с последующим отрывом второго электрона от иона. [ 1 ]
Непоследовательная двойная ионизация
[ редактировать ]Непоследовательная двойная ионизация — процесс, механизм которого отличается (во всех подробностях) от последовательного. Например, оба электрона покидают систему одновременно (как в атомах щелочноземельных металлов, см. ниже), освобождению второго электрона способствует первый электрон (как в атомах благородных газов, см. ниже) и т. д.
Явление непоследовательной двойной ионизации было экспериментально обнаружено Сураном и Запесочным для атомов щелочноземельных металлов еще в 1975 году. [ 2 ] Несмотря на обширные исследования, детали двойной ионизации в атомах щелочноземельных металлов остаются неизвестными. Предполагается, что двойная ионизация в этом случае реализуется переходами обоих электронов через спектр автоионизирующих состояний атома, расположенных между первым и вторым потенциалами ионизации . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

Для атомов благородных газов непоследовательную двойную ионизацию впервые наблюдал Л'Юйе . [ 9 ] [ 10 ] Интерес к этому явлению быстро возрос после его повторного открытия. [ 11 ] [ 12 ] в инфракрасных полях и для более высоких интенсивностей. Также наблюдалась многократная ионизация. [ 13 ] [ 14 ] Механизм непоследовательной двойной ионизации в атомах благородных газов отличается от такового в атомах щелочноземельных металлов. Для атомов благородных газов в инфракрасных лазерных полях после одноэлектронной ионизации освобожденный электрон может снова столкнуться. с родительским ионом. [ 15 ] [ 16 ] Этот электрон действует как «атомная антенна». [ 16 ] поглощая энергия лазерного поля между ионизацией и рестолкновением и помещая его в материнский ион. Неупругое рассеяние на родительский ион приводит к дальнейшему столкновительному возбуждению и/или ионизация. Этот механизм известен как трехступенчатая модель непоследовательной двойной ионизации, которая также тесно связана с трехступенчатой моделью генерации высоких гармоник .
Динамика двойной ионизации в рамках трехступенчатой модели сильно зависит от интенсивности лазерного поля. Максимальная энергия (в атомных единицах ), полученная повторно сталкивающимся электроном от лазерного поля, равна , [ 15 ] где - пондеромоторная энергия , – напряженность лазерного поля, а — частота лазера. Даже когда намного ниже потенциала ионизации эксперименты наблюдали коррелированную ионизацию. [ 13 ] [ 14 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] В отличие от высоко- режим ( ) [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] в низко- режим ( ) помощь лазерного поля во время повторное столкновение жизненно важно.
Классический и квантовый анализ [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] из низко- режим демонстрирует следующие два способа выброса электронов после повторного столкновения: во-первых, два электрона могут быть освобождены с небольшой задержкой по времени по сравнению с четвертьпериодом возбуждающего лазерного поля. Во-вторых, временная задержка между выбросом первый и второй электрон имеют порядок четверти цикла движущего поля. В этих двух случаях электроны оказываются в разных квадрантах коррелированного спектра. Если в результате повторного столкновения электроны выбрасываются почти одновременно их параллельные импульсы имеют равные знаки, и оба электрона управляются лазерным полем в одном и том же направление к детектору [ 27 ] . Если после повторного столкновения электроны вылетают с существенной задержкой (четвертьпериодной или больше), они в конечном итоге движутся в противоположных направлениях. Эти два типа динамики дают совершенно разные коррелированные спектры (сравните экспериментальные результаты [ 13 ] [ 14 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] с . [ 22 ] [ 23 ]
См. также
[ редактировать ]- Список лазерных статей
- Нелинейная оптика
- Фотоионизация
- Ионизация
- Генерация высоких гармоник
- Ионизация выше порога
Физический портал
Научный портал
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Делоне, Северная Каролина ; Крайнов, В.П. (2000). Многофотонные процессы в атомах . Спрингер. ISBN 3540646159 . , глава 8.
- ^ Suran, V. V.; Zapesochny, I. P. (1975). "Observation of Sr 2+ при многофотонной ионизации стронция». Т. Т. Физ. Письма . 1 (11): 420.
- ^ Ламбропулос, П.; Тан, X.; Агостини, П.; Петит, Г.; Л'Юлье, А. (1988). «Многофотонная спектроскопия дважды возбужденных, связанных и автоионизирующих состояний стронция». Физический обзор А. 38 (12): 6165–6179. Бибкод : 1988PhRvA..38.6165L . дои : 10.1103/PhysRevA.38.6165 . ПМИД 9900374 .
- ^ Бондарь, II; Суран, В.В. (1993). «Двухэлектронный механизм Ba 2+ Образование ионов при ионизации атомов Ва излучением YAG-лазера» . ЖЭТФ . 76 (3): 381. Бибкод : 1993ЖЭТФ...76..381Б . Архивировано из оригинала 21 декабря 2012.
- ^ Бондарь, II; Суран, В.В. (1998). «Резонансная структура образования двухзарядных ионов при лазерной диэлектронной ионизации атомов». Журнал экспериментальной и теоретической физики . 68 (11): 837. Бибкод : 1998JETPL..68..837B . дои : 10.1134/1.567802 . S2CID 120658599 .
- ^ Бондарь, II; Суран, В.В.; Дудич, М.И. (2000). «Резонансная структура при образовании двухзарядных ионов при многофотонной ионизации атомов Sr и Ba инфракрасным лазерным излучением». Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 33 (20): 4243. Бибкод : 2000JPhB...33.4243B . дои : 10.1088/0953-4075/33/20/304 . S2CID 250826815 .
- ^ Лионтос, И.; Боловинос, А.; Коэн, С.; Лирас, А. (2004). «Однократная и двойная ионизация магния посредством четырехфотонного возбуждения автоионизирующего состояния 3p^{2}^{1}S_{0}: экспериментальный и теоретический анализ». Физический обзор А. 70 (3): 033403. Бибкод : 2004PhRvA..70c3403L . дои : 10.1103/PhysRevA.70.033403 .
- ^ Лионтос, И.; Коэн, С.; Лирас, А. (2010). «Многофотонное производство Ca2+, происходящее до начала насыщения Ca+: является ли это отпечатком прямой двойной ионизации?» . Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 43 (9): 095602. Бибкод : 2010JPhB...43i5602L . дои : 10.1088/0953-4075/43/9/095602 . S2CID 119869086 .
- ^ л'Юлье, А.; Ломпре, Л.; Мейнфрей, Г.; Манус, К. (1982). «Многозарядные ионы, образующиеся в результате процессов многофотонного поглощения в континууме». Письма о физических отзывах . 48 (26): 1814. Бибкод : 1982PhRvL..48.1814L . doi : 10.1103/PhysRevLett.48.1814 .
- ^ л'Юлье, А.; Ломпре, Луизиана; Мейнфрей, Г.; Манус, К. (1983). «Многозарядные ионы, индуцированные многофотонным поглощением в инертных газах на длине волны 0,53 мкм». Физический обзор А. 27 (5): 2503. Бибкод : 1983PhRvA..27.2503L . дои : 10.1103/PhysRevA.27.2503 .
- ^ Уокер, Б.; Мевель, Э.; Ян, Б.; Брегер, П.; Шамбаре, Ж.; Антонетти, А.; Димауро, Л.; Агостини, П. (1993). «Двойная ионизация в пертурбативном и туннельном режимах». Физический обзор А. 48 (2): R894–R897. Бибкод : 1993PhRvA..48..894W . дои : 10.1103/PhysRevA.48.R894 . ПМИД 9909791 .
- ^ Уокер, Б.; Шихи, Б.; Димауро, Л.; Агостини, П.; Шафер, К.; Куландер, К. (1994). «Прецизионное измерение двойной ионизации гелия в сильном поле». Письма о физических отзывах . 73 (9): 1227–1230. Бибкод : 1994PhRvL..73.1227W . дои : 10.1103/PhysRevLett.73.1227 . ПМИД 10057657 .
- ^ Перейти обратно: а б с Руденко А.; Зрост, К.; Фейерштейн, Б.; Де Хесус, В.; Шретер, К.; Мошаммер, Р.; Ульрих, Дж. (2004). «Коррелированная многоэлектронная динамика при взаимодействии сверхбыстрых лазерных импульсов с атомами». Письма о физических отзывах . 93 (25): 253001. arXiv : физика/0408065 . Бибкод : 2004PhRvL..93y3001R . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.253001 . ПМИД 15697894 . S2CID 40450686 .
- ^ Перейти обратно: а б с Зрост, К.; Руденко А.; Эрглер, Т.; Фейерштейн, Б.; Господи, ВЛБД; Шретер, CD; Мошаммер, Р.; Ульрих, Дж. (2006). «Многократная ионизация Ne и Ar интенсивными лазерными импульсами длительностью 25 фс: малоэлектронная динамика изучена с помощью спектроскопии ионного импульса». Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 39 (13): С371. Бибкод : 2006JPhB...39S.371Z . дои : 10.1088/0953-4075/39/13/S10 . S2CID 122414336 .
- ^ Перейти обратно: а б Коркум, П. (1993). «Плазменный взгляд на многофотонную ионизацию в сильном поле» . Письма о физических отзывах . 71 (13): 1994–1997. Бибкод : 1993PhRvL..71.1994C . doi : 10.1103/PhysRevLett.71.1994 . ПМИД 10054556 . S2CID 29947935 .
- ^ Перейти обратно: а б Кучиев, М.Ю. (1987). «Атомная антенна» . Письма ЖЭТФ . 45 : 404. Бибкод : 1987JETPL..45..404K . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Перейти обратно: а б Зейдлер, Д.; Штаудте, А.; Бардон, AB; Вильнев, DM; Дорнер, Р.; Коркум, ПБ (2005). «Управление динамикой аттосекундной двойной ионизации посредством молекулярного выравнивания» . Письма о физических отзывах . 95 (20): 203003. Бибкод : 2005PhRvL..95t3003Z . doi : 10.1103/PhysRevLett.95.203003 . ПМИД 16384053 .
- ^ Перейти обратно: а б Векенброк, М.; Зейдлер, Д.; Штаудте, А.; Вебер, Т.; Шеффлер, М.; Меккель, М.; Каммер, С.; Смолярский, М.; Ягуцкий, О.; Бхардвадж, В.; Рейнер, Д.; Вильнев, Д.; Коркум, П.; Дорнер, Р. (2004). «Полностью дифференциальные скорости фемтосекундной многофотонной двойной ионизации неона» . Письма о физических отзывах . 92 (21): 213002. Бибкод : 2004PhRvL..92u3002W . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.213002 . ПМИД 15245277 .
- ^ Перейти обратно: а б Лю, Ю.; Чуч, С.; Руденко А.; Дюрр, М.; Сигел, М.; Моргнер, У.; Мошаммер, Р.; Ульрих, Дж. (2008). «Двойная ионизация Ar в сильном поле ниже порога реколлизии» . Письма о физических отзывах . 101 (5): 053001. Бибкод : 2008PhRvL.101e3001L . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.053001 . ПМИД 18764387 .
- ^ Юдин Г.; Иванов, М. (2001). «Физика коррелированной двойной ионизации атомов в интенсивных лазерных полях: предел квазистатического туннелирования» . Физический обзор А. 63 (3): 033404. Бибкод : 2001PhRvA..63c3404Y . дои : 10.1103/PhysRevA.63.033404 .
- ^ Беккер, А.; Фейсал, FHM (2005). «Теория S-матрицы многих тел в напряженном поле». Журнал физики B: атомная, молекулярная и оптическая физика . 38 (3): Р1. Бибкод : 2005JPhB...38R...1B . дои : 10.1088/0953-4075/38/3/R01 . S2CID 14675241 .
- ^ Перейти обратно: а б Штаудте, А.; Руис, К.; Шеффлер, М.; Шёсслер, С.; Зейдлер, Д.; Вебер, Т.; Меккель, М.; Вильнев, Д.; Коркум, П.; Беккер, А.; Дорнер, Р. (2007). «Двойные и отдаточные столкновения при двойной ионизации гелия в сильном поле» . Письма о физических отзывах . 99 (26): 263002. Бибкод : 2007PhRvL..99z3002S . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.263002 . ПМИД 18233574 .
- ^ Перейти обратно: а б Руденко А.; Де Хесус, В.; Эрглер, Т.; Зрост, К.; Фейерштейн, Б.; Шретер, К.; Мошаммер, Р.; Ульрих, Дж. (2007). «Коррелированные двухэлектронные спектры импульса для непоследовательной двойной ионизации He в сильном поле при длине волны 800 нм». Письма о физических отзывах . 99 (26): 263003. Бибкод : 2007PhRvL..99z3003R . doi : 10.1103/PhysRevLett.99.263003 . ПМИД 18233575 .
- ^ Хаан, С.; Брин, Л.; Карим, А.; Эберли, Дж. (2006). «Переменная временная задержка и обратный выброс в полномерном анализе двойной ионизации в сильном поле». Письма о физических отзывах . 97 (10): 103008. Бибкод : 2006PhRvL..97j3008H . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.103008 . ПМИД 17025816 .
- ^ Прыгать.; Эберли, Дж. (2006). «Плоская теория непоследовательной тройной ионизации». Письма о физических отзывах . 97 (8): 083001. arXiv : физика/0605026 . Бибкод : 2006PhRvL..97h3001H . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.083001 . ПМИД 17026298 . S2CID 8978621 .
- ^ Фигейра де Мориссон Фариа, К.; Лю, X.; Беккер, В. (2006). «Классические аспекты лазерно-индуцированной непоследовательной двойной ионизации выше и ниже порога». Журнал современной оптики . 53 (1–2): 193–206. Бибкод : 2006JMOp...53..193F . дои : 10.1080/09500340500227869 . S2CID 120011073 .
- ^ Бондарь, Д.; Лю, ВК; Иванов, М. (2009). «Двухэлектронная ионизация в сильных лазерных полях ниже порога интенсивности: признаки аттосекундного времени в коррелированных спектрах». Физический обзор А. 79 (2): 023417. arXiv : 0809.2630 . Бибкод : 2009PhRvA..79b3417B . дои : 10.1103/PhysRevA.79.023417 . S2CID 119275628 .