QUÁ TRÌNH ION HÓA HAI LẦN KHÔNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ HELI VÀ ARGON DƯỚI TÁC DỤNG CỦA XUNG LASER PHÂN CỰC THẲNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trương Đặng Hoài Thu QUÁ TRÌNH ION HÓA HAI LẦN KHÔNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ HELI VÀ ARGON DƯỚI TÁC DỤNG CỦA XUNG LASER PHÂN CỰC THẲNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trương Đặng Hoài Thu QUÁ TRÌNH ION HÓA HAI LẦN KHÔNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ HELI VÀ ARGON DƯỚI TÁC DỤNG CỦA XUNG LASER PHÂN CỰC THẲNG Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM NGUYỄN THÀNH VINH Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng thầy hướng dẫn Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Học viên thực Trương Đặng Hoài Thu LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu Thầy Cô, anh chị, bạn bè đặc biệt gia đình Do đó, thông qua luận văn, xin gửi lời cám ơn chân thành đến:  TS Phạm Nguyễn Thành Vinh, người Thầy đã tận tình hướng dẫn khoa học, khuyến khích, động viên giúp đỡ suốt trình làm luận văn  GS Yueming Zhou, người Thầy hướng dẫn làm quen với code mô nhận xét, góp ý kết mô để hoàn thành luận văn  Quý Thầy, Cô khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM truyền thụ kiến thức khoa học cho suốt thời gian học tập trường  Ba, Mẹ, Chị hỗ trợ, động viên giúp an tâm tập trung học tập năm tháng học tập thời gian làm luận văn  Các bạn học viên lớp cao học chuyên ngành Vật lí nguyên tử khóa 25, Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM sát cánh bên đường tìm tri thức Xin trân trọng cám ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Học viên thực Trương Đặng Hoài Thu MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương LÝ THUYẾT TƯƠNG TÁC GIỮA LASER VỚI NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ 1.1 Quá trình tương tác laser với nguyên tử, phân tử 1.1.1 Các chế ion hóa 1.1.2 Sự ion hóa ngưỡng 11 1.1.3 Sự phát xạ sóng điều hòa bậc cao 13 1.1.4 Quá trình ion hóa hai lần 14 1.2 Quá trình ion hóa hai lần 14 1.2.1 Quá trình ion hóa hai lần liên tiếp 16 1.2.2 Quá trình ion hóa hai lần không liên tiếp 16 Chương MÔ HÌNH TẬP HỢP CỔ ĐIỂN BA CHIỀU 19 2.1 Giới thiệu mô hình 19 2.2 Sơ đồ tính toán 21 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23 3.1 Quá trình ion hóa hai lần không liên tiếp nguyên tử heli tác dụng trường laser phân cực thẳng, cường độ mạnh 23 3.1.1 Cấu trúc chữ “V” phân bố động lượng tương quan hai electron 24 3.1.2 Giải thích cấu trúc chữ “V” dựa vào phép phân tích quỹ đạo 28 3.2 Quá trình ion hóa hai lần không liên tiếp nguyên tử argon tác dụng trường laser phân cực thẳng, độ dài xung nửa độ cao gần chu kỳ 34 3.2.1 Phổ động lượng tương quan hai electron 35 3.2.2 Các chế vật lý chi phối trình ion hóa hai lần không liên tiếp 36 3.2.3 Cấu trúc chữ thập phổ động lượng tương quan hai electron 41 KẾT LUẬN 46 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 56 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TDSE: Phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian (Time Dependent Schrödinger Equation) MPI: Sự ion hóa đa photon (MultiPhoton Ionization) ATI: Sự ion hóa vượt ngưỡng (Above-Threshold Ionization) HHG: Sóng điều hòa bậc cao (High-order Harmonic Generation) DI: Sự ion hóa hai lần (Double Ionization) NSDI: Sự ion hóa hai lần không liên tiếp (NonSequential Double Ionization) SDI: Sự ion hóa hai lần liên tiếp (Sequential Double Ionization) CTEMD: Sự phân bố động lượng tương quan hai electron (Correlated TwoElectron Momentum Distribution) TMD: Sự phân bố động lượng vuông góc (Transverse Momentum Distribution) AES: chia sẻ lượng bất đối xứng (Asymmetric Energy Sharing) SES: Sự chia sẻ lượng đối xứng (Symmetric Energy Sharing) FWHM: Độ rộng nửa chiều cao (Full Width at Half Maximum) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Các chế ion hóa: (a) chế ion hóa đa photon 10 (b) chế ion hóa xuyên hầm, (c) chế ion hóa vượt rào Hình 1.2 Cấu trúc đầu gối kiện NSDI 15 (chấm tròn màu xanh), đường đứt nét màu đỏ biểu diễn kiện SDI theo lý thuyết xuyên hầm lượng tử Hình 1.3 Hướng bay hai electron sau ion hóa: 18 (a) song song, (b) phản song song Hình 2.1 Sơ đồ giải phương trình 2.1 21 Hình 2.2 Sự phân bố không gian 22 hai electron liên kết nguyên tử argon theo trục x Hình 3.1 Điện trường xung laser 800nm, 24 hình bao dạng hình thang bao gồm hai chu kỳ bật laser, sáu chu kỳ ổn định hai chu kỳ tắt laser Hình 3.2 Sự phân bố động lượng tương quan hai electron 25 dọc theo trục phân cực xung laser 800nm, cường độ đỉnh ×1015 W/cm2 Hình 3.3 Sự phân bố động lượng tương quan hai electron 26 dọc theo trục phân cực xung laser 800nm, cường độ đỉnh ×1015 W/cm2, sau loại bỏ trường hợp DI xảy hai chu kỳ đầu Hình 3.4 Sự phân bố động lượng tương quan hai electron 27 dọc theo trục phân cực xung laser 800nm, cường độ đỉnh ×1015 W/cm2, bỏ qua đẩy electron-electron Hình 3.5 Sự phân bố động lượng tương quan hai electron 28 dọc theo trục phân cực xung laser ×1015 W/cm2 cho quỹ đạo ứng với trường hợp chia sẻ lượng hai electron sau tái va chạm đối xứng (a) bất đối xứng (b) Hình 3.6 Số đếm quỹ đạo DI theo pha laser lúc tái va chạm 29 với trường hợp SES (a) AES (b), đường màu đen biểu diễn trường laser Hình 3.7 Năng lượng hai electron suốt trình tương tác 30 với trường laser ứng với hai trường hợp: SES (a) AES (b) Hình 3.8 Sự phân bố động lượng tương quan hai electron 31 dọc theo trục phân cực xung laser 800nm, cường độ đỉnh ×1015 W/cm2: (a) trường hợp DI loại trừ trường hợp xảy chu kỳ đầu, (b) trường hợp DI ứng với chia sẻ lượng hai electron sau tái va chạm đối xứng (b) bất đối xứng (c) Hình 3.9 Phổ động lượng vuông góc electron tái va chạm 32 electron liên kết trường hợp SES (a) AES (b), trình khảo sát với cường độ laser ×1015 W/cm2 Hình 3.10 Quá trình thay đổi động lượng ngang theo thời gian 33 electron tái va chạm electron liên kết hai trường hợp SES (a) AES (b) ứng với cường độ laser ×1015 W/cm2 Hình 3.11 Điện trường xung laser 800nm, độ dài 37 nửa độ cao gần chu kỳ, hình bao dạng cosin bình phương Hình 3.12 Phổ động lượng tương quan hai electron 36 với góc φ có giá trị từ đến 2π ứng với cường độ 0.8 ×1014 W/cm2 (a) 2.5 ×1014 W/cm2 (b) Hình 3.13 Thời gian tái va chạm thời gian ion hóa hai lần 37 ứng với cường độ 0.8 ×1014 W/cm2 (a,c) 2.5 ×1014 W/cm2 (b,d) Hình 3.14: Năng lượng hai electron 38 suốt trình tương tác với laser ứng với cường độ 0.8 ×1014 W/cm2 (a) 2.5 ×1014 W/cm2 (b) Hình 3.15 Thời gian hoãn 39 trình ion hóa hai lần trình tái va chạm: đường màu xanh đứt nét ứng với cường độ 0.8 ×1014 W/cm2 đường màu đỏ liền nét ứng với cường độ 2.5 ×1014 W/cm2 Hình 3.16 Phổ động lượng tương quan hai electron 40 ứng với thời gian hoãn từ 0.25T0 đến 1.25T0 cho trường hợp cường độ laser 0.8 ×1014 W/cm2 (a) thời gian hoãn đến 0.5T0 cho trường hợp cường độ laser 2.5 ×1014 W/cm2 (b) Hình 3.17 Sự phân bố góc tán xạ kiện DI 41 ứng với trường hợp cường độ laser 2.5 ×1014 W/cm2 Hình 3.18 Phổ động lượng tương quan hai electron 42 data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 1.1.4 Quá trình ion hóa hai lần 14 1.2 Quá trình ion hóa hai lần 14 1.2.1 Quá trình ion hóa hai lần liên tiếp 16 1.2.2 Quá trình ion hóa hai lần không liên tiếp ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trương Đặng Hoài Thu QUÁ TRÌNH ION HÓA HAI LẦN KHÔNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ HELI VÀ ARGON DƯỚI TÁC DỤNG CỦA XUNG LASER PHÂN CỰC THẲNG Chuyên... thích cấu trúc chữ “V” dựa vào phép phân tích quỹ đạo 28 3.2 Quá trình ion hóa hai lần không liên tiếp nguyên tử argon tác dụng trường laser phân cực thẳng, độ dài xung nửa độ cao gần chu kỳ