Туннельные механизмы ионизации

 


Чтобы оторвать от атома отрицательно заряженный электрон, необходимо, чтобы он поглотил фотон высокой энергии, а именно квант ультрафиолета или рентгеновского излучения. Электронная оболочка атома достаточно возбуждается, чтобы электрон мог преодолеть кулоновские силы взаимодействия с положительно заряженным ядром. Таковы основы ионизации. Команда исследователей из Германии и Голландии смогла доказать существование альтернативного механизма ионизации. Мощная электрическая составляющая лазерного импульса способна вызывать ослабление электростатических связей и электрон может покидать атом через квантовое туннелирование.

Леонид Келдыш, в настоящее время работающий в Институте физических проблем им. Лебедева, еще в 1964 г. предсказал этот эффект. Но только лазерный импульс длительностью несколько сотен аттосекунд смог продемонстрировать это теоретически предсказанное явление. Импульсный лазер уже применялся для возбуждения электронов в атомах. Более мощный лазер позволил исследователям отслеживать движение электронов, которые происходят во время химических реакций.

Ференц Крауз из Института квантовой оптики им. Макса Планка, Германия, описали свой эксперимент по ионизации атомов 5 апреля в журнале Nature. Мишенью в экспериментах был неон, применялся ультрафиолетовый лазер с импульсом продолжительностью 250 аттосекунд. Параллельно с этим физики облучали газ инфракрасным лазером с импульсом 5000 аттосекунд.

Кулоновское взаимодействие, ослабляемое ультрафиолетовым лазером, отпускало электроны и они туннелировали, как квантовые частицы через потенциальный барьер. Увеличивая продолжительность воздействия между импульсами ультрафиолетового и инфракрасного лазера, исследователи обнаружили, что содержание ионизированных атомов газа также растет. Теория Келдыша, описывающая ионизацию в сильных магнитных полях во многом пересекается со многими другими теориями, так что результат никого не удивил. Однако важно то, что исследователи проложили новый путь в экспериментальной физике. В частности, в ее разделе, посвященном динамике электронов, замечает Пол Горкам из Канадского совета национальных исследований, Оттава. Эта технология позволяет лучше понять процессы, взаимного обмена энергией между электронов.

Например, Крауз упоминает процессы встряски, которые испытывает атом, поглощая высокоэнергетические рентгеновские кванты. При этом электрон вылетает из атома, передавая часть энергии другим электронам. Атом приходит в возбужденное состояние, которое постепенно распространяется от самого ядра. Таким образом, заполнение освободившейся вакансии в электронной оболочке атома происходит с некоторой задержкой. Она составляет, по оценкам Крауза, 50 аттосекунд. Крауз заявляет, что хочет достичь продолжительности импульсов в 100 аттосекунд, чтобы выяснить динамику ионизации атомов.

Александр Хеллеманс

Источник: В мире науки