Khảo sát sự tái va chạm nhiều lần trong quá trình ion hóa kép không liên tiếp của nguyên tử argon khi thay đổi bước sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC QUÁCH ÁI MI (42.01.102.149) KHẢO SÁT SỰ TÁI VA CHẠM NHIỀU LẦN TRONG QUÁ TRÌNH ION HĨA KÉP KHƠNG LIÊN TIẾP CỦA NGUN TỬ ARGON KHI THAY ĐỔI BƯỚC SĨNG Thuộc nhóm ngành khoa học: Vật Lý TP Hồ Chí Minh - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC QUÁCH ÁI MI KHẢO SÁT SỰ TÁI VA CHẠM NHIỀU LẦN TRONG Q TRÌNH ION HĨA KÉP KHƠNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ ARGON KHI THAY ĐỔI BƯỚC SÓNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM NGUYỄN THÀNH VINH TP Hồ Chí Minh – 2020 -2- LỜI CẢM ƠN Thông qua luận văn này, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến q Thầy, Cơ, gia đình bạn bè giúp đỡ, đồng hành suốt khoảng thời gian học tập trường Đại học Sư Phạm Tp HCM Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn TS Phạm Nguyễn Thành Vinh Cơ ThS Trương Đặng Hồi Thu ln tận tình hướng dẫn, dìu dắt định hướng tơi hồn thành khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn đến đồn thể q Thầy Cơ Khoa Vật Lý trường Đại học Sư Phạm Tp HCM cho tơi kiến thức tảng để hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thành viên nhóm nghiên cứu bạn bè ủng hộ, khuyến khích hỗ trợ tơi q trình làm luận văn học tập trường Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình tơi, cảm ơn mẹ ủng hộ tạo điều kiện cho đường tiếp thu kiến thức Tôi mong nhận góp ý q Thầy Cơ người để khóa luận hồn chỉnh Đề tài luận văn sản phẩm đào tạo đề tài khoa học sở trọng điểm Trường Đại học Sư phạm Tp HCM, Mã số CS.2019.19.42TĐ Trân trọng Tp HCM, tháng năm 2020 Quách Ái Mi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG LÝ THUYẾT TƯƠNG TÁC GIỮA LASER VỚI NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ 1.1 Lý thuyết tương tác laser với nguyên tử, phân tử 1.1.1 Thế điện tử trường Coulomb trường laser 1.1.2 Các chế ion hóa 10 1.1.3 Sự ion hóa ngưỡng 13 1.1.4 Sự phát xạ sóng điều hịa bậc cao 14 1.1.5 Q trình ion hóa kép 15 1.2 Phân loại q trình ion hóa kép 16 1.2.1 Quá trình ion hóa kép liên tiếp 16 1.2.2 Quá trình ion hóa kép khơng liên tiếp 16 CHƯƠNG MƠ HÌNH TẬP HỢP CỔ ĐIỂN BA CHIỀU 17 2.1 Giới thiệu mơ hình 18 2.2 Sơ đồ tính tốn 19 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 20 3.1 Khảo sát q trình ion hóa kép không liên tiếp nguyên tử argon sử dụng laser phân cực thẳng, bước sóng dài 20 3.1.1 Sự đóng góp q trình tái va chạm nhiều lần vào phổ động lượng tương quan hai electron 20 3.1.2 Phân tích đóng góp tái va chạm nhiều lần đến q trình ion hóa kép không liên tiếp 23 3.2 Sự phụ thuộc tái va chạm nhiều lần vào bước sóng trường laser 28 3.2.1 Sự đóng góp tái va chạm nhiều lần vào phổ động lượng tương quan hai electron 28 3.2.2 Động lực học hai electron suốt trình tương tác với laser 29 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Danh mục chữ viết tắt LASER: Khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích (Light Amplification Stimulated Emission of Radiation) HHG: Sóng điều hịa bậc cao (High-order Harmonic Generation) ATI: Sự ion hóa vượt ngưỡng (Above-Threshold Ionization) NSDI: Sự ion hóa kép khơng liên tiếp (NonSequential Double Ionization) MPI: Sự ion hóa đa photon (MultiPhoton Ionization) DI: Sự ion hóa kép (Double Ionization) SDI: Sự ion hóa kép liên tiếp (Sequential Double Ionization) TDSE: Phương trình Schrưdinger phụ thuộc thời gian (Time Dependent Schrödinger Equation) FWHM: Độ rộng nửa chiều cao (Full Width at Half Maximum) CTEMD: Sự phân bố động lượng tương quan hai electron (Correlated Two-Electron Momentum Distribution) RESI: Sự tái va chạm dẫn đến kích thích electron thứ hai với ion hóa xảy sau khoảng thời gian định (Recollision - induced Excitation with Subsequent Ionization) Danh mục hình vẽ đồ thị 1.1 Đồ thị chồng chất U ( x) tr 1.2 Cơ chế ion hóa đa photon tr 1.3 Cơ chế ion hóa xuyên hầm tr 10 1.4 1.5 Cơ chế ion hóa vượt rào Phổ lượng electron vùng cường độ cao chế ATI tr 10 tr 12 1.6 Giai đoạn ion hóa xun hầm q trình HHG tr 13 1.7 Giai đoạn phát xạ HHG tr 14 2.1 Sơ đồ tính tốn tr 18 3.1 Điện trường xung laser tr 20 3.2 Phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực điện trường laser bước sóng 1200nm , cường độ 3.1014 W / cm2 tr 21 3.5 Năng lượng hai electron suốt trình tương tác với laser Khoảng thời gian thời điểm tái va chạm thời điểm ion hóa thứ Thời gian trễ thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối bước sóng 1200nm 3.6 Năng lượng quay electron tái va chạm tr 26 3.7 Phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực điện trường laser tr 27 3.3 3.4 3.8 tr 23 tr 24 tr 25 tr 28 3.10 Tỷ lệ kiện tái va chạm nhiều lần Thời gian trễ thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối Năng lượng quay electron tái va chạm 3.11 Tỷ lệ số trường hợp ion hóa trực tiếp tr 32 3.9 tr 29 tr 30 MỞ ĐẦU Sự đời laser (LASER – Light Amplification Stimulated Emission of Radiation) năm 1960 [1] bước tiến lớn phát triển ngành Vật lý nguyên tử Khi trường laser tương tác với nguyên tử, phân tử tạo loạt hiệu ứng quang phi tuyến phát xạ sóng điều hịa bậc cao (HHG – High order Hamonic Generation) [2], ion hóa ngưỡng (ATI – Above Threshold Ionization) [3,4] q trình ion hóa kép không liên tiếp (NSDI – NonSequential Double Ionnization) [5-7] Trong số hiệu ứng quang phi tuyến, trình ion hố kép khơng liên tiếp nhận nhiều quan tâm nhà vật lý, cung cấp thông tin khiết mối tương quan electron ngun tử Hiện tại, mơ hình sử dụng nhiều để giải thích q trình NSDI mơ hình ba bước P B Corkum [8] Theo mơ hình này, ngun tử hay phân tử tương tác với laser, electron thứ bị ion hóa khỏi nguyên tử gia tốc điện trường laser; trường laser đổi chiều, electron bị kéo ngược lại Trong trình quay lại, electron tái va chạm với ion mẹ trao đổi lượng với electron thứ hai Khi electron thứ hai tích lũy lượng đủ lớn, bị ion hóa ngồi trở thành electron tự Trong hai thập kỷ qua, có nhiều cơng trình nghiên cứu khảo sát trình NSDI Điển hình năm 2007, A Rudenko tác giả khác thực nghiệm tìm thấy cấu trúc “chữ V” phổ động lượng tương quan hai electron heli sử dụng xung laser với độ dài xung 25fs , bước sóng 800nm cường độ 1.5 1014 W / cm2 [9] Đối với laser cường độ tương đối thấp, nghiên cứu lý thuyết tương tác hạt nhân [10] lực đẩy electron-electron trạng thái cuối sau ion hóa hai lần xảy nguồn gốc cấu trúc chữ “V” [11] Đối với laser cường độ cao, cơng trình [12] nguyên nhân hình thành cấu trúc chữ “V” chia sẻ lượng bất đối xứng electron tái va chạm electron liên kết sau trình tái va chạm Năm 2012, B Bergues cộng [13] quan sát cấu trúc chữ thập phổ động lượng tương quan hai electron nguyên tử argon thực nghiệm, điều đặc biệt cơng trình nhóm tác giả sử dụng laser gần chu kì quang học để khảo sát Lưu ý rằng, q trình NSDI tái va chạm xảy nhiều lần nguyên tử hay phân tử làm nhiễu tín hiệu tương tác hai electron Do đó, việc sử dụng xung laser gần chu kỳ có ý nghĩa tín hiệu khơng bị nhiễu va chạm thứ cấp laser nhiều chu kỳ Vào năm 2016, nhóm nghiên cứu X Ma Y Zhou khảo sát tái va chạm nhiều lần trình NSDI nguyên tử argon sử dụng xung laser dạng hình thang 10 chu kỳ [5] kết luận tăng cường độ bước sóng trường laser, kiện tái va chạm thứ cấp giảm Bên cạnh nghiên cứu sử dụng laser bước sóng dài 2000nm − 5600nm để khảo sát hiệu ứng quang phi tuyến nghiên cứu mạnh mẽ [14] Các kết nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết cung cấp tranh vật lý cụ thể trình NSDI Tuy nhiên, nhiều vấn đề cần phải khảo sát làm rõ làm để tối ưu hóa khả loại bỏ tái va chạm thứ cấp, khả điều khiển chùm electron ion hóa với độ xác cao Từ cho thấy, nhu cầu thực nghiên cứu chuyên sâu q trình ion hóa kép khơng liên tiếp ngun tử lớn Chính vậy, chúng tơi định lựa chọn đề tài “Khảo sát tái va chạm nhiều lần q trình ion hố kép không liên tiếp nguyên tử argon thay đổi bước sóng” với mục đích điều khiển tái va chạm thứ cấp thu tranh khiết tương tác hai electron lớp vỏ nguyên tử Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): - Sử dụng mơ hình tập hợp cổ điển ba chiều để khảo sát trình NSDI chế vật lý chi phối trình NSDI - Nghiên cứu tác động tái va chạm trình NSDI nguyên tử argon thay đổi bước sóng laser, từ điều khiển tái va chạm thứ cấp Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Tìm hiểu số khái niệm liên quan trình NSDI, trình tái va chạm, tương quan động lượng hai electron, … - Sử dụng mơ hình tập hợp cổ điển ba chiều để khảo sát toán NSDI - Nghiên cứu khảo sát trình NSDI nguyên tử argon sử dụng laser có bước sóng 400nm , 750nm , 1200nm , 1600nm       t −     cos  t −   +   E (t ) = cos             với  = NT0 độ dài xung, T0 = 2  (3.1) chu kì quang học laser  pha điện trường Cần lưu ý luận văn chúng tơi sử dụng xung laser có độ dài nửa độ cao gần chu kỳ Việc sử dụng laser gần chu kỳ giúp cho việc khảo sát dễ dàng laser đổi chiều lần nhất, không bị nhiễu loạn va chạm thứ cấp sử dụng laser nhiều chu kỳ [6] Hình 3.1 biểu diễn dạng xung laser mà sử dụng xuyên suốt luận văn 3.1.1 Sự đóng góp trình tái va chạm nhiều lần vào phổ động lượng tương quan hai electron Trong phần này, phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực laser phân tích Chúng tơi phân tích phổ động lượng tương quan hai electron bước sóng 1200nm Cường độ laser I = 3.1014 W / cm2 sử dụng để khảo sát xuyên suốt luận văn Hình 3.2 Phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực điện trường laser bước sóng 1200nm , cường độ I = 3.1014 W / cm2 (a) Các kiện ion hóa kép (b) Các kiện tái va chạm lần (c) Các kiện tái va chạm hai lần 22 Hình 3.2 mô tả phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực điện trường laser bước sóng 1200nm Kết cho thấy trường hợp laser có bước sóng dài, phổ CTEMD tập trung bốn góc phần tư, chủ yếu góc phần tư thứ thứ ba, chứng tỏ hai electron sau bị ion hóa bay khỏi ion mẹ theo hướng Tuy nhiên, phổ động lượng không phân bố dọc theo đường chéo mà phân bố song song Điều chứng tỏ có chênh lệch động lượng cuối trình tương tác với laser hai electron Bên cạnh đó, hình 3.2b cịn cho thấy phổ động lượng tương quan hai electron trường hợp tái va chạm lần hồn tồn tương tự kiện ion hóa kép xảy hình (a) Điều chứng tỏ rằng, bước sóng 1200nm , kiện NSDI tái va chạm lần chiếm ưu tái va chạm hai lần Ngồi ra, chúng tơi nhận thấy kiện tái va chạm hai lần chủ yếu đóng góp vào góc phần tư thứ thứ ba tổng số kiện ion hóa kép (xem hình 3.2c) 3.1.2 Phân tích đóng góp tái va chạm nhiều lần đến trình ion hóa kép khơng liên tiếp Để theo dõi quỹ đạo chuyển động hai electron ảnh hưởng xung laser, chúng tơi tiến hành phân tích lượng hai electron suốt trình tương tác Dựa vào phân tích lượng hai electron sau tái va chạm, q trình NSDI chia thành hai chế [7,13] Cơ chế thứ chế ion hóa trực tiếp, hay cịn gọi phản ứng (e − 2e) Trong chế này, lượng electron tái va chạm mang giá trị dương phần lượng trao đổi đủ đánh bật electron liên kết nguyên tử thành electron tự Cơ chế thứ hai tái va chạm dẫn đến kích thích electron thứ hai với ion hóa xảy sau khoảng thời gian định (RESI – Recollision - induced Excitation with Subsequent Ionization), tạm gọi chế ion hóa hỗn Trong chế này, lượng trao đổi hai electron kích thích electron liên kết lên trạng thái kích thích ion hóa kép diễn sau thời điểm tái va chạm khoảng thời gian định, chế chiếm ưu electron tái va chạm quay với lượng không đủ lớn 23 Trong luận văn này, quy ước electron bị ion hóa electron tái va chạm thời điểm ion hóa electron 𝑡𝑆𝐼 Khi trường laser đổi chiều, electron quay về, tái va chạm với ion mẹ truyền lượng cho electron thứ hai – electron liên kết nguyên tử mẹ Thời điểm mà electron tái va chạm quay chúng tơi kí hiệu tr kiện tái va chạm lần Đối với kiện tái va chạm hai lần chúng tơi kí hiệu t r tr thời điểm electron tái va chạm quay va chạm với ion mẹ lần thứ lần thứ hai Ở thời điểm ion hóa thời điểm electron mang lượng dương thời điểm tái va chạm xác định khoảng cách electron tái va chạm electron liên kết nhỏ 2a.u [10] sau thời điểm electron bị ion hóa Hình 3.3 Năng lượng hai electron suốt q trình tương tác với laser Trong đường nét liền màu đỏ thể lượng electron tái va chạm, đường màu xanh nét đứt thể lượng electron liên kết Khi trường laser đổi chiều, electron tái va chạm sau ion hóa quay trở va chạm với ion mẹ, lượng lúc quay khơng đủ để đánh bật electron liên kết sau khoảng thời gian, electron tái va chạm quay lần để truyền lượng làm ion hóa electron liên kết Hình 3.3 cho thấy lượng hai electron 24 suốt trình tương tác Trong trường hợp tái va chạm lần (hình 3.3a, c), electron tái va chạm quay va chạm với ion mẹ truyền lượng cho electron liên kết; hình 3.3a, electron liên kết sau nhận lượng từ electron tái va chạm bứt khỏi nguyên tử mẹ, trường hợp electron liên kết ion hóa theo chế (e-2e) Trong hình 3.3c, electron liên kết nhận lượng từ electron tái va chạm ion hóa sau khoảng thời gian, lượng quay electron tái va chạm chưa đủ lớn để đánh bật electron liên kết khỏi nguyên tử mẹ, nên làm cho electron liên kết nhảy lên mức kích thích cao sau khoảng thời gian bứt ra, trường hợp electron liên kết ion hóa theo chế ion hóa hỗn Đối với trường hợp tái va chạm hai lần (hình 3.3b, d), lượng electron tái va chạm truyền cho electron liên kết lần tái va chạm đủ kích thích electron liên kết nhảy lên mức kích thích Đến lần tái va chạm thứ hai, electron liên kết nhận đủ lượng để bứt khỏi ion mẹ (hình 3.3d) nhảy lên mức kích thích cao ion hóa sau khoảng thời gian (hình 3.3b) Hình 3.4 Thời gian bay thời điểm tái va chạm thời điểm ion hóa thứ cho trường hợp vái va chạm lần (a) tái va chạm hai lần (b) 25 Để làm rõ chế vật lý chi phối trình NSDI nguyên tử tác dụng laser bước sóng dài, chúng tơi tiếp tục khảo sát thời gian bay thời điểm ion hóa t SI thời điểm tái va chạm Hình 3.4 biểu diễn phân bố thời gian bay thời điểm ion hóa electron thứ (electron tái va chạm) thời điểm tái va chạm ứng với kiện tái va chạm lần (a) tái va chạm hai lần (b) Hình (a) có đỉnh tập trung vào khoảng 0.5T0 cho thấy tái va chạm xảy lần laser đổi chiều Trong trường hợp tái va chạm diễn hai lần hình (b), phân bố thời gian lần tái va chạm thứ (đường màu xanh nét đứt) thứ hai (đường màu vàng chấm gạch) so với thời điểm ion hóa khác Đối với lần tái va chạm phân bố thời gian có đỉnh tập trung xung quanh giá trị 0.8T0 , tương ứng với việc sau electron bị bứt khỏi ion mẹ tái va chạm diễn lần quay electron tái va chạm Đỉnh phân bố thời gian bay lần tái va chạm thứ hai tập trung xung quanh giá trị 1.3T0 , dịch chuyển khoảng 0.5T0 so với đỉnh phân bố thời gian lần tái va chạm thứ Điều chứng tỏ lần tái va chạm thứ hai diễn lần đổi chiều laser sau thời điểm tái va chạm thứ Tiếp theo khảo sát thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép (kí hiệu tDI ) thời điểm tái va chạm cuối hai trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần biểu diễn hình 3.5 Hình 3.5 Thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối 26 Khi sử dụng laser có bước sóng dài, phân bố thời gian hoãn tái va chạm lần (đường nét liền màu đỏ) tái va chạm hai lần (đường nét đứt màu xanh) gần giống Đỉnh hai trường hợp tập trung gần giá trị 0, nghĩa thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối gần Sau electron tái va chạm quay tái va chạm với ion mẹ lần thứ hai electron liên kết nhận thêm lượng nhảy lên trạng thái kích thích bứt sau khoảng thời gian nhỏ Để làm rõ phân tích trên, chúng tơi phân tích lượng tái va chạm electron thứ trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần Hình 3.6 Năng lượng quay electron tái va chạm trường hợp laser có bước ( ) sóng 1200nm Đường nét đứt màu xanh thể ion hóa Ar 2+ I p = 27.63eV Đối với trình tái va chạm lần, lượng quay electron thứ trường hợp phần lớn thấp giá trị I P2 nên phần lớn electron tái va chạm khơng đủ lượng để kích hoạt ion hóa Vì vậy, trình NSDI diễn theo 27 chế ion hóa hỗn chiếm ưu Trong trường hợp tái va chạm hai lần, lượng quay electron tái va chạm lần tái va chạm lớn I p , điều hồn tồn hợp lí electron tái va chạm quay lần đầu truyền cho electron liên kết phần lượng Sau electron rời khỏi nguyên tử mẹ với phần lượng lại tái va chạm với ion mẹ lần thứ hai để đánh bật electron liên kết Đồng thời, lượng quay electron tái va chạm lớn nên thời gian qua hạt nhân mẹ ngắn chuyển phần nhỏ lượng cho electron liên kết Lúc này, electron liên kết đẩy lên trạng thái kích thích Nên trường hợp này, chế ion hóa hỗn chiếm ưu 3.2 Sự phụ thuộc tái va chạm nhiều lần vào bước sóng trường laser 3.2.1 Sự đóng góp tái va chạm nhiều lần vào phổ động lượng tương quan hai electron Hình 3.7 Phổ động lượng tương quan hai electron dọc theo trục phân cực điện trường laser cường độ 3.1014 W / cm2 , bước sóng 400nm (a – c), 750nm (d – f), 1600nm (g – i) 28 Ở hình 3.7, hàng thứ tương ứng tồn kiện ion hóa kép, hàng thứ hai ứng với kiện tái va chạm lần hàng thứ ba ứng với kiện tái va chạm hai lần Đối với bước sóng 400nm , phổ động lượng tổng số kiện ion hóa kép (a) phân bố bốn góc phần tư, chủ yếu góc phần tư thứ thứ ba, cho thấy hai electron bay hướng Khi tăng bước sóng lên 750nm (b) 1600nm (c), phổ động lượng tương quan hai electron tập trung chủ yếu góc phần tư thứ thứ ba, tức sau bị ion hóa, hai electron bay hướng nhau, nhiên phân bố động lượng khơng tập trung đường chéo mà tạo thành cấu trúc “chữ V” phổ động lượng helium trình bày cơng trình [12] Đồng thời phổ động lượng hình (b) có khác biệt so với phổ động lượng cơng trình [20] sử dụng laser có đường bao dạng hình thang Hình 3.8 Biểu đồ thể phụ thuộc tái va chạm nhiều lần vào bước sóng Khi giữ nguyên cường độ thay đổi bước sóng trường laser, đóng góp tái va chạm nhiều lần thay đổi rõ rệt Theo tính tốn chúng tơi thay đổi bước sóng từ 400nm đến 2400nm kiện tái va chạm hai lần giảm từ 14.69% cịn 1.53% biểu diễn hình 3.8 Nguyên nhân trình tái va chạm hai lần electron tái chạm với ion mẹ lượng quay khơng đủ lớn để kích thích electron liên kết lần tái va chạm thứ nhất, dẫn tới việc electron quay tái va chạm nhiều lần với ion mẹ Trong trình quay lại, electron có khả tái va chạm với ion mẹ 29 với động cực đại 3.17U p Trong U p động electron xác E2 định công thức U p = nêu chương Từ cho thấy bước sóng 4 trường laser dài lượng quay electron tái va chạm lớn, từ kiện tái va chạm hai lần giảm 3.2.2 Động lực học hai electron suốt trình tương tác với laser Hình 3.9 Thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối bước sóng 400 nm (a), 750 nm (b) 1600 nm (c) Hình 3.9 thể phân bố thời gian thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối kiện tái va chạm lần (đường nét liền màu đỏ) tái va chạm hai lần (đường nét đứt màu xanh) bước sóng 400nm (a), 750nm (b) 1600nm (c) nm Chúng nhận thấy đỉnh phân bố thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép tái va chạm cuối giảm dần hai trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần thay đổi bước sóng từ 400nm đến 1600nm Đối với trường hợp bước sóng 400nm (a), phân bố thời gian hỗn hai trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần hoàn toàn khác Đối với tái va chạm lần, phân bố đỉnh có giá trị khoảng 0.4T0 0.1T0 tái va chạm hai lần, nghĩa thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối diễn không đồng thời, lượng electron tái va chạm quay không đủ lớn để đánh bật electron liên kết mà làm cho electron liên kết nhảy lên mức lượng kích thích 30 lớn hơn, bước sóng 400nm , chế ion hóa hỗn chiếm ưu Ngồi ra, đỉnh lại trường hợp tái va chạm hai lần có giá trị thấp tái va chạm lần Điều cho thấy sau tái va chạm, q trình ion hóa kép diễn nhanh trường hợp tái va chạm hai lần Khi sử dụng bước sóng 750nm (b), phân bố thời gian trễ tập trung chủ yếu 0.1To hai trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần, cho thấy tồn thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối cùng, trường hợp này, chế ion hóa hỗn chiếm ưu Đối với bước sóng 1600nm (c), phân bố thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần tương tự Sự phân bố thời gian phần lớn có đỉnh tập trung giá trị không, nghĩa sau electron tái va chạm với hạt nhân mẹ q trình ion hóa kép diễn nhanh chóng Điều cho thấy bước sóng dài chế (e − 2e) chiếm ưu Hình 3.10 Năng lượng quay electron thứ tái va chạm lần (a – c) tái va chạm hai lần (d – i) Đường nét đứt màu xanh giá trị Ip2 để ion hóa nguyên tử Ar2+ 31 Tiếp theo, tiếp tục khảo sát lượng quay electron tái va chạm để hiểu rõ ảnh hưởng lượng tái va chạm đến trình tái va chạm hai lần Hình 3.10 thể lượng quay electron tái va chạm bước sóng 400nm (a, d, g), 750nm (b, e, f) 1600nm (c, f, i) Trong hàng lượng quay electron tái va chạm trường hợp có tái va chạm Hàng số hai số ba lượng quay electron tái va chạm trường hợp tái va chạm hai lần, đường màu xanh dương đen thể lượng quay electron tái va chạm lần tái va chạm tái va chạm thứ hai Đường nét đứt màu xanh giá trị I p để ion hóa electron liên kết Từ hình 3.10 chúng tơi thấy lượng tái va chạm lần tái va chạm thứ hai (đường màu đen) nhỏ so với lần tái va chạm (đường màu xanh dương), lí tái va chạm, electron thứ truyền phần lượng cho electron liên kết, sau electron thứ rời khỏi hạt nhân mẹ với phần lượng lại tái va chạm lần hai để kích thích electron liên kết, điều phù hợp với lí thuyết Simpleman cơng trình [13] Khi bước sóng điện trường 400nm , trường hợp tái va chạm lần, lượng quay electron tái va chạm nhỏ ion hóa electron liên kết nên làm electron liên kết nhảy lên trạng thái kích thích cao hơn, đồng thời thời gian hỗn hình 3.9a có đỉnh 0.4T0 cho thấy bước sóng 400nm trường hợp tái va chạm lần, chế ion hóa hỗn chiếm ưu Đối với trường hợp tái va chạm hai lần, lượng quay electron tái va chạm lần va chạm thứ hai nhỏ không đủ để làm bật electron liên kết khỏi hạt nhân mẹ, chế ion hóa hỗn chiếm ưu Đối với bước sóng 1600nm , lượng quay electron tái va chạm lớn nên electron liên kết bị đánh bật khỏi ion mẹ, điều với phân bố thời gian hỗn mà chúng tơi phân tích hình 3.10c, từ cho thấy, chế ion hóa trực tiếp (e − 2e) chiếm ưu Cuối cùng, biểu diễn tỷ lệ chế ion hóa trực bước sóng trường laser hình 3.11, đường màu đỏ tỷ lệ chế ion hóa trực tiếp kiện tái va chạm lần đường màu xanh tỷ lệ chế ion hóa trực tiếp kiện tái va chạm hai lần Từ hình vẽ cho thấy chế ion hóa trực tiếp chiếm ưu 32 bước sóng trường laser dài Kết hoàn toàn phù hợp với phân tích chúng tơi Hình 3.11 Sự phụ thuộc tỷ lệ số trường hợp ion hóa trực tiếp vào độ dài bước sóng 33 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong luận văn này, mơ hình tập hợp cổ điển ba chiều phép phân tích quỹ đạo, chúng tơi khảo sát phụ thuộc tái va chạm nhiều lần vào bước sóng trường laser sử dụng bước sóng 400nm , 750nm , 1200nm 1600nm Kết cho thấy kéo dài bước sóng trường laser, kiện tái va chạm hai lần giảm dần, thể qua đóng góp tái va chạm hai lần phổ động lượng tương quan hai electron Giải thích cho kết bước sóng trường laser lớn, lượng quay lần thứ electron tái va chạm lớn, electron liên kết nhận nhiều lượng nhảy lên trạng thái kích thích ion hóa tồn trạng thái kích thích khoảng thời gian ion hóa Đồng thời, chúng tơi mơ tả lại lượng trao đổi hai electron suốt q trình tương tác phân tích thời gian hỗn thời điểm ion hóa kép thời điểm tái va chạm cuối để thấy bước sóng thấp, chế ion hóa hỗn chiếm ưu hai trường hợp tái va chạm lần tái va chạm hai lần Nguyên nhân lượng quay electron tái va chạm không đủ lớn để đánh bật electron liên kết khỏi ion mẹ, electron liên kết nhận lượng nhảy lên trạng thái kích thích cao hơn, tồn khoảng thời gian ion hóa Kết cho thấy, kéo dài bước sóng chế ion hóa trực tiếp (e − 2e) chiếm ưu so với chế ion hóa hỗn Từ kết trên, chúng tơi nhận thấy việc khảo sát tái va chạm nhiều lần q trình ion hóa kép khơng liên tiếp đề tài hấp dẫn Tuy nhiên, nhiều vấn đề mặt thời gian nên việc sâu tìm hiểu q trình ion hóa kép khơng liên tiếp hạn chế Cho nên đề tài mở nhiều hướng phát triển để nghiên cứu trình NSDI khảo sát tái va chạm nhiều lần thay đổi chu kì laser hay thực khảo sát số nguyên tử helium, hydro, nito, … 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T H Maima, “Stimulated optical radiation in ruby”, Nature 187, 493 (1960) [2] M Lewenstein, P Balcou, M Y Ivanov, A L Huillier, and P B Corkum, “Theory of high-harmonic generation by low-frequency laser fields”, Physical Review A 49, 2117 (1994) [3] G S Voronov, and N B Delone, “Ionization of the xenon atom by the electric field of ruby laser emission”, Soviet Physics JETP 1, 66 (1965) [4] W Becker, F Grasbon, R Kopold, D B Milosevic, G G Paulus, and H Walther, “Above-threshold ionization: From classical features to quantum effects”, Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics 48, 35 (2002) [5] X Ma, Y Zhou, and P Lu, “Multiple recollisions in strong-field nonsequential double ionization”, Physical Review A 93, 013425 (2016) [6] Y Chen, Y Zhou, Y Li, M Lan, and P Lu, “The contribution of the delayed ionization in strong-field nonsequential double ionization”, The Journal of Chemical Physics 144, 024304 (2016) [7] R Kopold, W Becker, H Rottke, and W Sandner, “Routes to nonsequential double ionization”, Physical Review Letters 85, 3781 (2000) [8] P B Corkum, “Plasma perspective on strong field multiphoton ionization”, Physal Review Letters 71, 1994 (1993) [9] A Rudenko, V L B De Jesus, T Ergler, K Zrost, B Feuerstein, C D Schroter, R Moshammer, and J Ullrich, “Correlated two-electron momentum spectra for strong-field nonsequential double ionization of He at 800 nm”, Physical Review Letters 99, 263003 (2007) [10] S L Haan, J S V Dyke, and Z S Smith, “Recollision excitation, electron correlation, and the production of high-momentum electrons in double ionization”, Physical Review Letter 101, 113001 (2008) 35 [11] D F Ye, X Liu, and J Liu, “Classical trajectory diagnosis of a fingerlike pattern in the correlated electron momentum distribution in strong field double ionization of Helium”, Physical Review Letter 101, 233003 (2008) [12] D H T Truong, V S Huynh, and N T V Pham, “V-like structure in the correlated electron momentum distribution for nonsequential double ionization of helium”, Journal of Science of Ho Chi Minh University of Education 5, 26 (2015) [13] B Bergues, M J Kübel, N G Fischer, B Camus, N Betsch, and T Pfeifer, “Attosecond tracing of correlated electron-emission in non-sequential double ionization Nature Communications 3, (2012) [14] V H Hoang, A T Le, “Factorization of high-harmonic generation yields in impuritydoped materials”, Physics Optics 1911, 11300 (2019) [15] L V Keldysh, “Ionization in the field of a strong electromagnetic wave”, Soviet Phyics JETP 20, 1307 (1965) [16] P A Franken, A E Hill, C W Peters, and G Weinreich, “Generation of optical harmonics”, Physical Review Letters 7, 118 (1961) [17] Y Zhou, C Huang, Q Liao, and P Lu, “Classical simulations including electron correlations for sequential double ionization”, Physical Review Letters 109, 053004 (2012) [18] S L Haan, L Breen, A Karim, and J H Eberly, “Variable time lag and backward ejection in full-dimensional analysis of strong-field double ionization”, Physical Review Letter 97,103008 (2006) [19] Y Zhou, L Qing and P Lu, “Asymmetric electron energy sharing in strong-field double ionization of helium”, Physical Review A 82, 053402 (2010) [20] N L H Tran, D H T Truong, N T V Pham, “Investigating the multiple recollision of the nonsequential double ionization process”, Journal of Science of Hue University 1B, 126 (2017) 36 ... VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC QUÁCH ÁI MI KHẢO SÁT SỰ TÁI VA CHẠM NHIỀU LẦN TRONG Q TRÌNH ION HĨA KÉP KHÔNG LIÊN TIẾP CỦA NGUYÊN TỬ ARGON KHI THAY ĐỔI BƯỚC SÓNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS... góp tái va chạm nhiều lần đến q trình ion hóa kép khơng liên tiếp 23 3.2 Sự phụ thuộc tái va chạm nhiều lần vào bước sóng trường laser 28 3.2.1 Sự đóng góp tái va chạm nhiều lần. .. chun sâu q trình ion hóa kép khơng liên tiếp ngun tử lớn Chính vậy, định lựa chọn đề tài ? ?Khảo sát tái va chạm nhiều lần trình ion hố kép khơng liên tiếp ngun tử argon thay đổi bước sóng? ?? với