Holograma generado por la contribución de múltiples órbitas de la ionización de túnel de campo fuerte. Crédito:Y. Zhang
El movimiento de electrones en átomos y moléculas es de fundamental importancia para muchos elementos físicos, Procesos biológicos y químicos. Explorar la dinámica de los electrones dentro de los átomos y moléculas es esencial para comprender y manipular estos fenómenos. La espectroscopia de bomba-sonda es la técnica convencional. El Premio Nobel de Química de 1999 proporciona un ejemplo bien conocido en el que los pulsos de láser bombeados de femtosegundos sirvieron para sondear el movimiento atómico involucrado en las reacciones químicas. Sin embargo, porque la escala de tiempo del movimiento de los electrones dentro de los átomos y moléculas es del orden de attosegundos (10 -18 segundos) en lugar de femtosegundos (10 -15 segundos), Se requieren pulsos de attosegundos para sondear el movimiento de los electrones. Con el desarrollo de la tecnología de attosegundos, láseres con duraciones de pulso inferiores a 100 attosegundos están disponibles, proporcionando oportunidades para sondear y manipular la dinámica de los electrones en átomos y moléculas.
Otro método importante para sondear la dinámica de los electrones se basa en la ionización de túnel de campo fuerte. En este método, se emplea un potente láser de femtosegundos para inducir la ionización de túnel, un fenómeno de la mecánica cuántica que hace que los electrones atraviesen la barrera de potencial y escapen del átomo o molécula. Este proceso proporciona información codificada por fotoelectrones sobre la dinámica de electrones ultrarrápida. Basado en la relación entre el tiempo de ionización y el impulso final del fotoelectrón ionizado tunelizado, La dinámica de los electrones se puede observar con una resolución de escala de attosegundos.
La relación entre el tiempo de ionización y el momento final del fotoelectrón tunelizador se ha establecido teóricamente en términos de un modelo de "órbita cuántica" y la precisión de la relación se ha verificado experimentalmente. Pero qué órbitas cuánticas contribuyen al rendimiento de fotoelectrones en la ionización de túnel de campo fuerte sigue siendo un misterio, así como cómo las diferentes órbitas se corresponden de manera diferente con el momento y los tiempos de ionización. Entonces, La identificación de las órbitas cuánticas es vital para el estudio de procesos dinámicos ultrarrápidos utilizando ionización de túnel.
Se introduce un segundo armónico en un campo fundamental fuerte para perturbar el proceso de ionización de túnel. Al cambiar la fase relativa del campo de dos colores, la ionización de tunelización de campo fuerte PEMD es perturbada por el campo SH. Al monitorear y analizar la fase relativa donde se maximiza el rendimiento de fotoelectrones, los investigadores pueden resolver con precisión las órbitas cuánticas en cada momento. Crédito:J. Tan, et al
Como se informó en Fotónica avanzada , Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST) propusieron un esquema para identificar y pesar las órbitas cuánticas en la ionización de túnel de campo fuerte. En su esquema, Se introduce una segunda frecuencia armónica (SH) para perturbar el proceso de ionización por efecto túnel. La perturbación SH es mucho más débil que el campo fundamental, por lo que no cambia el momento final del electrón que está haciendo un túnel hacia la ionización. Sin embargo, puede alterar significativamente el rendimiento de fotoelectrones, debido a la naturaleza altamente no lineal de la ionización tunelizada. Debido a los diferentes tiempos de ionización, diferentes orbitales cuánticos tienen diferentes respuestas al campo SH interviniente. Al cambiar la fase del campo SH en relación con el campo de conducción fundamental y monitorear las respuestas del rendimiento de fotoelectrones, las órbitas cuánticas de los electrones ionizados tunelizados pueden identificarse con precisión. Basado en este esquema, los misterios de las llamadas órbitas cuánticas "largas" y "cortas" en la ionización de túnel de campo fuerte pueden resolverse, y su contribución relativa al rendimiento de fotoelectrones en cada momento se puede ponderar con precisión. Este es un avance muy importante para la aplicación de la ionización de túnel de campo fuerte como método de espectroscopía de fotoelectrones.
Un esfuerzo de equipo colaborativo dirigido por los estudiantes graduados de HUST Jia Tan, bajo la supervisión del profesor Yueming Zhou, junto con Shengliang Xu y Xu Han, bajo la supervisión del profesor Qingbin Zhang, el estudio indica que el holograma generado por la contribución de múltiples órbitas del espectro fotoelectrónico puede proporcionar información valiosa sobre la fase del electrón tunelizado. Su paquete de ondas codifica una rica información sobre la dinámica de los electrones atómicos y moleculares. Según Peixiang Lu, Profesor de HUST, subdirector del Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan, y autor principal del estudio, "La medición de la resolución espacial temporal y subangstrom de attosegundos de la dinámica de los electrones es posible gracias a este nuevo esquema para resolver y pesar las órbitas cuánticas".
