Побег из атома

Обычно ионизация происходит следующим образом: отрицательно заряженному электрону, чтобы преодолеть силу электростатического притяжения, которая удерживает его у положительно заряженного ядра, и вылететь из атома, требуется поглотить фотон достаточно большой энергии (ультрафиолетовый или рентгеновский). Однако недавно немецко-голландская группа исследователей впервые продемонстрировала другой механизм ионизации. Сильные электрические поля лазерного импульса способны на короткое время ослабить электростатическую связь и дать электрону возможность покинуть атом посредством квантового туннельного эффекта.

Побег из атома

ЧЕРЕЗ ТУННЕЛЬ НА СВОБОДУ. Когда в атом попадает ИК-фотон (1), его электрическое поле может деформировать электростатическое поле атомного ядра, в частности ослабляя его с одной стороны (2), что позволяет электрону вылететь посредством туннельного эффекта

Этот эффект предсказал еще в 1964 г. Леонид Келдыш, работающий сегодня в Физическом институте им. Лебедева в Москве. Но возможность наблюдать это явление появилась только тогда, когда удалось получить лазерные импульсы длительностью всего в несколько сотен аттосекунд (аттосекунда, ас — одна миллиардная одной миллиардной секунды, или 10-18 с). Аттосекундные лазерные импульсы уже позволили исследовать движение электронов в атомах и молекулах, а их усовершенствованные варианты помогут проследить движение электронов, происходящее, например, в ходе химических реакций.

Группа Ференца Крауса (Ferenc Krausz) из Института квантовой оптики им. Макса Планка в Германии описала свой эксперимент в журнале Nature от 5 апреля 2007 г. Для подталкивания одного из электронов в сторону от ядра впервые были использованы импульсы УФ-лазера длительностью 250 ас, которыми облучали газообразный неон. Почти одновременно физики запускали инфракрасный (ИК) лазер, импульсы которого длительностью 5 тыс. ас содержали всего несколько периодов колебаний электрического поля, ослаблявшего электростатическое притяжение поля ядра. Это позволяло электрону, связь которого с ядром уже была ослаблена, вылететь из атома, как могут вылетать квантовые частицы через узкий потенциальный барьер. Постепенно увеличивая задержку ИК-им-пульсов относительно УФ-импульсов, ученые обнаружили рост числа образующихся ионов. Это показывает, что с ростом электрического поля ИК-импульса растет и интенсивность образования ионов.

Теория ионизации сильным полем Келдыша была общепризнанна, и поэтому полученный результат не стал для исследователей «сюрпризом», признает Краус. Однако группа продемонстрировала новый способ исследования динамики электронов, отметил Пол Коркэм (Paul Corkum) из Национального научного совета Канады. Этот метод позволяет изучать пока еще плохо понятные процессы обмена энергией между электронами.

В качестве примера Краус приводит процесс «встряхивания» атомов, при котором рентгеновский фотон большой энергии выбивает из атома электрон с одной из внутренних оболочек. Вылетая, такой электрон может передать часть своей энергии другому электрону, который переходит в возбужденное состояние и смещается дальше от ядра. Следовательно, между поглощением рентгеновского фотона выбиваемым электроном и изменением положения другого электрона может существовать задержка, которая, как отмечает Краус, может составлять всего 50 ас, но если задержка существует, то это будет означать, что второй электрон получает энергию от первого, а не возбуждается одновременно с ним тем же рентгеновским фотоном.

Краус заявил, что ему удалось получить УФ-импульсы длительностью всего 100 ас и поэтому вскоре он, возможно, сумеет разгадать загадку. Совершенствование лазеров несомненно даст в ближайшие годы, если не в ближайшие аттосекунды, ответы и на многие другие вопросы.

Александр Эллеман

21 Сентября 2011, 11:56    Oleg    4459    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.