Atomare Zweielektronensysteme in intensiven Laserpulsen

Durch die stetige Weiterentwicklung der Lasertechnologie ist es in den <br>letzten Jahren möglich geworden, die fundamentale Wechselwirkung <br>hochintensiver Lichtfelder mit komplexen Atomen und Molekülen zu untersuchen. <br>Dabei haben Experimente im Tunnelbereich gezeigt, <br>daß die ungewöhnlich hohen Doppelionisationsraten dieser Systeme nicht <br>durch einen sequentiellen Ionisationsmechanismus erklärt werden können, <br>da die Wechselwirkung der Photoelektronen untereinander für die <br>Ionisation von entscheidender Bedeutung ist. <br>Interessant ist es nun, zu untersuchen, wie Doppelionisationsvorgänge <br>in hochfrequenten Feldern bei Wellenlängen unter 50 nm ablaufen, <br>einem Frequenzbereich, der vor allem durch die Entwicklung <br>Freier-Elektronen-Laser (FEL) in naher Zukunft experimentell zugänglich <br>sein dürfte. <br>Bei solch hohen Frequenzen sind die bislang vorgeschlagenen <br>Doppelionisationsmechanismen wie etwa das Rescattering-Modell nicht gültig; <br>darüber hinaus kann es zur Stabilisierung kommen, die die Ionisation <br>unterdrückt. <br>Hierbei handelt es sich um einen Effekt, bei dem das Kernpotential <br>durch das rapide oszillierende Laserfeld derart überlagert wird, <br>daß es effektiv gebundene Zustände besitzt; <br>dadurch besteht die Möglichkeit, daß die Ionisationswahrscheinlichkeit <br>des Atoms mit steigender Laserintensität stagnieren oder sogar abnehmen kann. <br>Gleichzeitig gewinnt die Magnetfeldkomponente des Laserpulses bei diesen <br>Frequenzen und Intensitäten eine stärkere Rolle, die aufgrund <br>der Lorentzkraft zu einer Drift der Elektronen in die Propagationsrichtung <br>des Laserpulses führt. <br>Diese Nichtdipoleffekte können sowohl die Doppelionisation als auch die <br>Stabilisierung des Atoms im Laserfeld beeinflussen. <br> <br>In der vorliegenden Arbeit wird das Ionisationsverhalten <br>eines Zweielektronenatoms bzw. -ions mittels eines Modellatoms <br>untersucht, welches die numerische Integration der zeitabhängigen <br>Schrödingergleichung jenseits der Dipolnäherung ermöglicht. <br>Aufgrund der massiven Anforderungen an die Rechenkapazität werden im Rahmen <br>dieses Modells die Wellenfunktionen der beiden Elektronen auf jeweils zwei <br>Dimensionen eingeschränkt, da das Laserfeld keine effektive Kraft <br>in die dritte Raumrichtung ausübt; <br>als Anfangszustand wird eine angeregte Konfiguration gewählt, in der beide <br>Elektronen unterschiedliche Orbitale besetzen. <br>Die Gesamtwellenfunktion, die sich innerhalb der hier vorgenommenen <br>Näherungen durch einen Produktansatz darstellen läßt, wird mit Hilfe <br>des Split-Operator-Verfahrens in Kombination mit Fouriertransformationen <br>bezüglich der Zeit propagiert. <br>Eine Analyse relevanter Beobachtungsgrößen wie der Schwerpunktsbahnen <br>der Elektronen, der Wellenpaketsdichten sowie der <br>Ionisationswahrscheinlichkeiten ermöglicht Einblicke in die Ionisationsdynamik <br>des Heliumatoms. <br> <br>Für den Bereich hoher Laserfrequenzen wird der "quasi-simultane" <br>Ionisationsmechanismus identifiziert, bei dem beide Elektronen bei <br>etwa der gleichen Phase des Laserpulses ionisieren, um dann kollektiv <br>vom Laserfeld getrieben zu werden. <br>Die wechselseitige Coulombabstoßung führt zu Modifikationen in den <br>Schwerpunktsbahnen sowie in den Winkelverteilungen der Elektronen. <br>Der Stabilisierungseffekt ist im Zweielektronenatom trotz der Magnetfelddrift <br>und der wechselseitigen Abstoßung der Elektronen untereinander beobachtbar. <br>Für bestimmte Pulslängen tritt ein zusätzlicher Effekt der <br>Ionisationsunterdrückung jenseits der Stabilisierung auf. <br>Wie eine zeitunabhängige Abschätzung sowie eine Analyse der Wellenpaketsdynamik <br>ergeben haben, läßt sich dieser Effekt im Rahmen einer Einelektronennäherung <br>durch einen Populationstransfer der ursprünglich angeregten Wellenfunktion in <br>den Grundzustand des Systems erklären. <br>Schließlich wird das Modellatom für Helium auf den Fall der beiden <br>einfach- bzw. doppeltgeladenen Zweielektronenione Lithium und Beryllium erweitert. <br>Aufgrund der verschiedenen elektronischen Kopplungsstärken in diesen Systemen <br>ergeben sich deutliche Unterschiede der Ionisationswahrscheinlichkeiten <br>im Vergleich zum Helium.

Author dc:creator

• Staudt, Andreas

Contributors dc:contributor

• Keitel, Christoph H.

• Stabilisierung
• Doppelionisation
• Zweielektronenione
• stabilization
• double ionization
• two-electron ions

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