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Dinámica de decodificación de electrones

Dinámica de decodificación de electrones

El movimiento de electrones en átomos y moléculas es de fundamental importancia para muchos procesos físicos, biológicos y químicos. Explorar la dinámica de los electrones dentro de los átomos y las moléculas es esencial para comprender y manipular estos fenómenos. La espectroscopia de bomba-sonda es la técnica tradicional. El Premio Nobel de Química de 1999 proporciona un ejemplo bien conocido en el que pulsos de láser bombeados por femtosegundos han investigado el movimiento atómico involucrado en reacciones químicas. Sin embargo, dado que la escala de tiempo del movimiento de los electrones dentro de los átomos y las 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 del electrón. Con el desarrollo de la tecnología de attosegundos, se han hecho disponibles láseres con duraciones de pulso inferiores a 100 attosegundos, lo que brinda oportunidades para investigar y manipular la dinámica de electrones en átomos y moléculas.

Otro método importante para sondear la dinámica de los electrones se basa en una fuerte ionización de túnel de campo. En este método, se utiliza 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 de un átomo o molécula. Este proceso proporciona información codificada ópticamente sobre la dinámica electrónica ultrarrápida. Según la relación entre el tiempo de ionización y el momento final del fotoelectrón tunelizado ionizante, la dinámica de los electrones se puede observar con precisión en la escala de attosegundos.

La relación entre el tiempo de ionización y el momento final de un fotoelectrón tunelizado se determinó teóricamente en términos de un modelo de “orbital cuántico” y la precisión de la relación se verificó experimentalmente. Pero lo que los orbitales cuánticos contribuyen a la producción de fotoelectrones en la ionización de túnel de campo fuerte sigue siendo un misterio, así como cómo los diferentes orbitales se corresponden de manera diferente con el momento y los tiempos de ionización. Por lo tanto, definir los orbitales cuánticos es vital para estudiar procesos dinámicos ultrarrápidos que utilizan el túnel de ionización.

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como se indica en fotónica avanzada, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST) han propuesto un esquema para identificar y pesar orbitales cuánticos en una fuerte ionización de túnel de campo. En su esquema, se introduce una segunda frecuencia armónica (SH) para perturbar el proceso de ionización de túnel. La perturbación SH es mucho más débil que el campo fundamental, por lo que no cambia el momento final del electrón que se dirige hacia la ionización. Sin embargo, puede alterar drásticamente la salida de fotoelectrones, debido a la naturaleza altamente no lineal de la ionización por efecto túnel. Debido a los diferentes tiempos de ionización, los diferentes orbitales cuánticos tienen diferentes respuestas al campo SH superpuesto. Al cambiar la fase del campo SH en relación con el campo impulsor subyacente y observar las respuestas de salida de los fotoelectrones, se pueden determinar con precisión los orbitales cuánticos de los electrones ionizantes tunelizados. Con base en este esquema, se pueden resolver los misterios de los orbitales cuánticos llamados “largos” y “cortos” en la ionización de túnel de campo fuerte, y se puede medir con precisión su contribución relativista a la producción de fotoelectrones en cada momento. Este es un avance muy importante para la aplicación de tunelización de ionización de campo fuerte como método para la espectroscopia 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 multi-orbital de El espectro puede proporcionar La energía fotovoltaica proporciona 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 espaciotemporal y sublineal de la dinámica electrónica es posible gracias a este nuevo esquema para resolver y pesar orbitales cuánticos”.

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