Автореферат (1149659), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Полученные в работе аналитические выражения для скоростей Пеннинговской ионизации и предложенная модель оптимальной атомной пары позволяют предсказывать условия реализациинаиболее интенсивного образования заряженных частиц за счет Пеннинговскихпроцессов. Разработанный численный алгоритм для моделирования эволюцииатома водорода во внешних переменных полях при развитии режима динамического хаоса и анализ применимости одномерной модели светоиндуцированнойдиффузионной ионизации Ридберговского электрона представляются важнымиэтапами при построении теории нелинейных эффектов коллективного взаимодействия Ридберговских состояний в холодных средах.Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием общепринятого проверенного теоретического аппарата и соотнесением результатов с известными экспериментальными данными.
Результаты работы были опубликованы в рецензируемых научных журналах с высокимимпакт-факторами.Апробация работы производилась путем обсуждения результатов исследования на различных российских и международных конференциях, в частности,∙ 47th Conference of the European Group on Atomic Systems, July 14-17, 2015 Riga, Latvia∙ International Workshop "Nonlinear Photonics: Theory,Applications June 29 - July 2, 2015, St. Petersburg, RussiaMaterials,∙ International Conference on Problems of Strongly Correlated and InteractingSystems, May 28 - 31, 2014 - St.
Petersburg, Russia∙ 72-nd annual scientific conference of University of Latvia, February 7, 2014,Riga, Latvia∙ TLL/COLIMA 2 st Workshop on manipulation of light by matter and matter bylight, p.28, 1-5 September, 2013, Vilnius, Lithuania∙ Shortcuts To Adiabaticity workshop, July 16 – 20, 2012, Bilbao, Spain∙ 21st International Conference on Spectral Line Shapes, June June 3–9, 2012, St.Petersburg, Russia7∙ Conference «Frontiers of Matter Wave Optics» 2011, March 20-26, Obergurgl,AustriaЛичный вклад автора.
Все результаты, описанные в работе, были получены либо собственно автором, либо при его непосредственном участии.Публикации. По итогам описанных в работе исследований опубликовано4 статьи:∙ Анализ светоиндуцированной диффузионной ионизации трехмерного атомаводорода на основе техники Флоке и Метода Расщепленных Эволюций / Д.К. Ефимов, Н. Н.
Безуглов, А. Н. Ключарев et al. // Оптика и Спектроскопия. — 2014. — Т. 117, №. 1. — С. 10.∙ О применимости одномерной модели диффузионной ионизации для трехмерного Ридберговского атома водорода в микроволновом поле / Д. К. Ефимов, Н. Н. Безуглов, А. Н. Ключарев, К. Мичулиc // Оптика и Спектроскопия.
— 2014. — T. 117, №. 6. — С. 888–895.∙ Особенности оптической накачки при возбуждении циклических переходоватомов Na и Cs в ультрамедленных холодных пучках / М. Брувелис, А.Цининьш, А. Лейтис et al. // Оптика и Спектроскопия. — 2015. — Т.
119, №.6. — С. 1038–1049.∙ Formation and control of dark states in hyperfine levels of Na atoms / D. K.Efimov, M. Bruvelis, N. N. Bezuglov et al. // Вестник СПбГУ, Серия 4. —2013. — №. 4. — С. 19–22.Еще одна статья находится на рецензировании:∙ Strong enhancement of Penning ionization for asymmetric atom pairs in coldRydberg gases: the Tom and Jerry effect / D. K. Efimov, K. Miculis, N. N.Bezuglov, A.
Ekers // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and OpticalPhysics. 2016, submitted.Все публикации изданы в журналах, рекомендованных ВАК.Содержание работыВо Введении обосновывается актуальность исследуемой тематики в контексте современных экспериментов и разработок в области квантовой информатики и других дисциплин, оперирующих холодными Ридберговскими средами вкачестве объекта. Описаны основные методы охлаждения и возбуждения газов8щелочных атомов, а также специфические эффекты и явления, присущие холодным газам Ридберговских атомов. Рассмотрены приложения и проблемы, связанные с временной устойчивости подобных объектов. Приведен перечень процессов, предположительно приводящих к ионизационной неустойчивости вышеописанных газов: Пеннинговская и ассоциативная столкновительные ионизации, накоторых сфокусированы исследования, представленные в диссертации.
Краткорассмотрены присущие им особенности, сформирован круг исследуемых проблем и намечены пути решения. Даны качественные объяснения выявленныхновых эффектов и представлено краткое описание структуры диссертации. Помимо этого сформулированы цель и задачи диссертационной работы, отраженыее научная новизна, практическая значимость и основные защищаемые положения.
В конце приводятся сведения о публикациях по результатам исследованияи апробации результатов.Первая глава посвящена анализу процесса Пеннинговской ионизации, индуцированного дальнодействующим диполь-дипольным взаимодействием между двумя Ридберговскими атомами. Основное внимание уделяется зависимости эффективности ионизации от конфигурации атомных пар и выявлениюроли Пеннинговской ионизации при эволюции Ридберговского газа в холоднуюплазму. В частности показано, что несимметричные столкновения (квантовыесостояния сталкивающихся атомов разные) становятся доминирующими, увеличивая интенсивность ионизации на несколько порядков.В начале главы приведены общий перечень свойств Ридберговских атомов (первый раздел первой главы), базовые характеристики явления Пеннинговской ионизации, а также дано краткое описание полученных результатов.
Ассоциативная ионизация [7] принадлежит к относительно короткодействующимпроцессам, так как ее осуществление требует перекрытия волновых функцийсталкивающихся атомов, которые локализованы на расстояние ∼ 22 от атомных ядер ( есть главное квантовое число атома, в дальнейшем используютсяатомные единицы, если не оговорено обратное). Пеннинговская ионизация (ПИ),в противоположность,Ryd() + Ryd() → Ryd(′ ) + ion + − ,(1)относится к дальнодействующим процессам, осуществляемым за счет дипольдипольного взаимодействия на межъядерных расстояниях > 42 . ПИ становится доминирующей среди других каналов ионизации в условиях, когдаэлектронные облака сталкивающихся атомов не перекрываются.
Соответствующая плотность холодного газа должна превосходить критическое значение = 3/(2563 ) [5]. Для типичного в эксперименте значения ∼ 50, крити-9ческая плотность = 1.6 · 1012 см−3 оказывается гораздо больше экспериментально используемых величин плотности ∼ 5 · 1010 см−3 [5].Существуют две характеристические стадии эволюции Ридберговскогогаза в плазму [9]. Во время первой «однородной» стадии первичные электроны образуются главным образом за счет фотоионизации излучением черноготела [8] и/или в результате прямой фотоионизации Ридберговских атомов темже самым лазерным импульсом, что приготовляет атомы в одинаковые Ридберговские состояния с главным квантовым числом = 0 .
Роль симметричногоПеннинговского процесса ( = = 0 ∼ 50) на первой стадии оказываетсянезначительной, поскольку скорость автоионизации Γ0 ,0 для пары идентичных атомов невысока (∼ 1 с−1 ). Вторая, «диффузионная» стадия наступает, когда накапливается достаточное количество первичных ионов, способных связатьсвободные электроны. Последние за счет столкновений меняют квантовые состояния атомов, образуя более высокие ( > 0 ) и более низкие ( < 0 ) посравнению с первоначальным состоянием 0 .Симметричные столкновения ( = ) рассматривались в деталях в [10]для сред с низкой плотностью (∼ 1010 см−3 ) с 0 ≃ 50 ÷ 100 и в [11] дляслучая высокой плотности (∼ 1015 см−3 ) с 0 ≃ 14.
Автоионизационная ширина(ширина автоионизационного уровня двухатомной системы) Γ, монотонно возрастает (с точностью до некоторых осцилляций) с ростом . Такая зависимостьвполне понятна, так как в классической электродинамике взаимодействие междудиполями тем больше, чем больше их дипольные моменты. Скорость автоионизации Γ, асимметричных соударений, напротив, обладает совершенно иным,«контр-интуитивным» поведением: Γ, может резко возрастать (в ∼ раз) приуменьшении ( ≪ ) (См. Рис. 2). Другими словами, сжатие оболочки атома ведет (также с осцилляциями) к интенсификации взаимодействия междуатомами, примерно так же, как маленькая мышка Джерри стимулирует большого кота Тома к масштабным действиям в известном мультфильме.
Это явление, имеющее определенно квантово-механическую природу, может вноситьсвой вклад в создание значительной роли Пеннинговской ионизации во второйдиффузионной стадии преобразования Ридберговского газа в плазму.В последующих разделах дано подробное описание методов и результатов анализа ПИ. Во втором разделе первой главы приводятся использующиеся в работе теоретические модели. Для описания энергетических процессов вдвух-атомной системе применяется модель Оже-процесса (см.
Рис. 1): один изатомов (d-атом) испытывает переход из первоначального состояния в более низкое связанное состояние ′ ′ , тогда как другой атом (i-атом) получаетвысвобождающуюся энергию и переходит из своего начального состояния в континуум (состояние ′ ′ ). Здесь обозначает орбитальное квантовое10ε′pi′ li′iε0n d ldε0l′n th dñ d ld′n′d ld′dipoleinteractionn i liε′iРис. 1: Резонансное взаимодействие атомной пары с континуумом посредствомОже-процесса. Энергия ионизации = ,′ ′ равна энергии электронного переходадевозбуждающегося атома = ,′ ′ .
Энергия девозбуждения должна быть больше,′чем энергия связи 0 = 1/2*2 ионизующегося атома, т.е. конечное d-состояние из ряда должно быть ниже, чем виртуальное пороговое состояние ℎ .число, и соответствует импульсу вылетающего электрона. Для того, чтобыионизация была возможна, энергия должна превосходить энергию связи 0ионизующегося i-атома. Поскольку основной интерес представляет вторая диффузионная стадия эволюции холодного газа, процесс миграции Ридберговскихсостояний по энергии должен сопровождаться однородным распределением возбужденных атомов по Зеемановским подуровням . Это эквивалентно появлению вращательной (угловой) симметрии для всей системы. Индивидуальныепереходы | ⟩ = | ⟩| ⟩ → |ℑ′ ⟩ = |′ ⟩|ℑ′ ⟩ между различными состояниямиатомной пары, представленные на рисунке 1, происходят под влиянием дипольдипольного оператора возмущения = [D D − 3(D n)(D n)]/3 , где Dj естьдипольный момент j-атома, представляет собой межъядерное расстояние, аn является единичным вектором, направленным по межъядерной оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
