Выпуски

 / 

2015

 / 

Январь

  

Обзоры актуальных проблем


Современное развитие теории нелинейной ионизации атомов и ионов

 а,  а,  а,  б
а Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Каширское шоссе 31, Москва, 115409, Российская Федерация
б Государственный научный центр Российской Федерации «Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова», ул. Б. Черемушкинская 25, Москва, 117259, Российская Федерация

Рассмотрено современное состояние теории ионизации атомов и атомных ионов под действием интенсивного лазерного излучения (теории Келдыша). Обсуждаются условия применимости этой теории, её связь с методом Ландау—Дыхне и приложение к задаче об ионизации атомов ультракороткими немонохроматическими лазерными импульсами произвольной формы. Для описания подбарьерного движения электрона в процессе туннелирования применяется квазиклассический метод мнимого времени, в рамках которого используются классические уравнения движения электрона в поле электромагнитной волны, но с мнимым "временем" t → it. Рассмотрен эффект туннельной интерференции амплитуд перехода, возникающий при наличии нескольких точек перевала в плоскости комплексного времени и приводящий к быстрым осцилляциям в импульсном спектре фотоэлектронов. Учёт кулоновского взаимодействия между вылетающим электроном и атомным остатком (выполненный вне рамок теории возмущений по кулоновскому полю) существенно изменяет спектрально-угловые распределения фотоэлектронов и скорость ионизации атомного уровня, причём последняя, как правило, возрастает на несколько порядков как в туннельном, так и в многофотонном режимах ионизации. Обсуждаются влияние постоянного магнитного поля на скорость ионизации и эффект магнитной кумуляции. Изложена релятивистская теория туннелирования, вычислены релятивистская и спиновая поправки к скорости ионизации, установлены границы области применимости нерелятивистской теории ионизации. Проиллюстрировано использование метода Фока для ковариантного описания нелинейной ионизации в релятивистском случае.

Текст pdf (1,1 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0185.201501b.0003
Ключевые слова: туннельная и многофотонная ионизация, релятивистская ионизация, интенсивное лазерное излучение, сверхсильное магнитное поле, теория Келдыша, метод мнимого времени
PACS: 03.65.Sq, 32.80.Fb, 32.80.Rm, 32.80.Wr, 34.80.Qb (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0185.201501b.0003
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2015/1/b/
000352305900001
2-s2.0-84927132159
2015PhyU...58....3K
Цитата: Карнаков Б М, Мур В Д, Попруженко С В, Попов В С "Современное развитие теории нелинейной ионизации атомов и ионов" УФН 185 3–34 (2015)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 11 июля 2014, доработана: 4 октября 2014, 15 июля 2014

English citation: Karnakov B M, Mur V D, Popruzhenko S V, Popov V S “Current progress in developing the nonlinear ionization theory of atoms and ionsPhys. Usp. 58 3–32 (2015); DOI: 10.3367/UFNe.0185.201501b.0003

Список литературы (177) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (64) Похожие статьи (20)

  1. Келдыш Л В ЖЭТФ 47 1945 (1964); Keldysh L V Sov. Phys. JETP 20 1307 (1965)
  2. Никишов А И, Ритус В И ЖЭТФ 50 255 (1966); Nikishov A I, Ritus V I Sov. Phys. JETP 23 168 (1966)
  3. Переломов А М, Попов В С, Терентьев М В ЖЭТФ 50 1393 (1966); Perelomov A M, Popov V S, Terent'ev M V Sov. Phys. JETP 23 924 (1966)
  4. Переломов А М, Попов В С, Терентьев М В ЖЭТФ 51 309 (1966); Perelomov A M, Popov V S, Terent'ev M V Sov. Phys. JETP 24 207 (1967)
  5. Попов В С, Кузнецов В П, Переломов А М ЖЭТФ 53 331 (1967); Popov V S, Kuznetsov V P, Perelomov A M Sov. Phys. JETP 26 222 (1968)
  6. Никишов А И, Ритус В И ЖЭТФ 52 223 (1967); Nikishov A I, Ritus V I Sov. Phys. JETP 25 145 (1967)
  7. Переломов А М, Попов В С ЖЭТФ 52 514 (1967); Perelomov A M, Popov V S Sov. Phys. JETP 25 336 (1967)
  8. Popruzhenko S V, Mur V D, Popov V S, Bauer D Phys. Rev. Lett. 101 193003 (2008)
  9. Попруженко С В, Мур В Д, Попов В С, Бауэр Д ЖЭТФ 135 1092 (2009); Popruzhenko S V, Mur V D, Popov V S, Bauer D JETP 108 947 (2009)
  10. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С, Попруженко С В Письма в ЖЭТФ 93 256 (2011); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S, Popruzhenko S V JETP Lett. 93 238 (2011)
  11. Faisal F H M J. Phys. B At. Mol. Phys. 6 L89 (1973)
  12. Reiss H R Phys. Rev. A 22 1786 (1980)
  13. Делоне Н Б, Крайнов В П Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением (М.: Физматлит, 2001)
  14. Becker W et al. Adv. At. Mol. Opt. Phys. 48 35 (2002)
  15. Попов В С УФН 174 921 (2004); Popov V S Phys. Usp. 47 855 (2004)
  16. Becker A, Faisal F H M J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 38 R1 (2005)
  17. Milošević D B et al. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 39 R203 (2006)
  18. Popruzhenko S V J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 47 204001 (2014)
  19. Agostini P, DiMauro L F Rep. Prog. Phys. 67 813 (2004)
  20. Mourou G A, Tajima T, Bulanov S V Rev. Mod. Phys. 78 309 (2006)
  21. Щелев М Я УФН 182 649 (2012); Schelev M Ya Phys. Usp. 55 607 (2012)
  22. Agostini P, DiMauro L F Adv. At. Mol. Opt. Phys. 61 117 (2012)
  23. Krausz F, Ivanov M Rev. Mod. Phys. 81 163 (2009)
  24. Andruszkow J et al. Phys. Rev. Lett. 85 3825 (2000)
  25. Shintake T et al. Nature Photon. 2 555 (2008)
  26. Emma P et al. Nature Photon. 4 641 (2010)
  27. Young L et al. Nature 466 56 (2010)
  28. Ионин А А УФН 182 773 (2012); Ionin A A Phys. Usp. 55 721 (2012)
  29. Free-electron laser FLASH, http://flash.desy.de
  30. Yanovsky V et al. Opt. Express 16 2109 (2008)
  31. http://www.extreme-light-infrastructure.eu
  32. XCELS, http://www.xcels.iapras.ru
  33. IZEST Project, http://www.izest.polytechnique.edu
  34. Dunne G V Eur. Phys. J. Special Topics 223 1055 (2014)
  35. Sauter F Z. Phys. 69 742 (1931); Sauter F Z. Phys. 73 547 (1932)
  36. Heisenberg W, Euler H Z. Phys. 98 714 (1936)
  37. Schwinger J Phys. Rev. 82 664 (1951)
  38. Di Piazza A et al. Rev. Mod. Phys. 84 1177 (2012)
  39. Narozhny N B, Fedotov A M Eur. Phys. J. Special Topics 223 1083 (2014)
  40. Paulus G G et al. Nature 414 182 (2001)
  41. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С Письма в ЖЭТФ 88 495 (2008); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S JETP Lett. 88 423 (2008)
  42. Karnakov B M, Mur V D, Popov V S, Popruzhenko S V Phys. Lett. A 374 386 (2009)
  43. Алексеев А И Сборник задач по классической электродинамике (М.: Наука, 1977), задача 409
  44. Fuji T, Nomura Y Appl. Sci. 3 122 (2013)
  45. Wolkow D M Z. Phys. 94 250 (1935)
  46. Волков Д М ЖЭТФ 7 1286 (1937)
  47. Берестецкий В Б, Лифшиц Е М, Питаевский Л П Квантовая электродинамика (М.: Наука, 1989); Berestetskii V B, Lifshitz E M, Pitaevskii L P Quantum Electrodynamics (Oxford: Pergamon Press, 1982)
  48. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика. Нерелятивистская теория (М.: Наука, 1989); Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory (Oxford: Pergamon Press, 1977)
  49. Rastunkov V S, Krainov V P J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 40 2277 (2007)
  50. Krainov V P, Sofronov V S Phys. Rev. A 77 063418 (2008)
  51. Дыхне А М ЖЭТФ 41 1324 (1961); Dykhne A M Sov. Phys. JETP 14 941 (1962)
  52. Дыхне А М, Юдин Г Л УФН 125 377 (1978); Dykhne A M, Yudin G L Sov. Phys. Usp. 21 549 (1978)
  53. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Механика (М.: Наука, 1988); Landau L D, Lifshitz E M Mechanics (Oxford: Pergamon Press, 1976)
  54. Goldstein H Classical Mechanics (Cambridge, Mass.: Addison-Wesley Press, 1950); Голдстейн Г Классическая механика (М.: Гостехиздат, 1957)
  55. Попов В С ЯФ 68 717 (2005); Popov V S Phys. Atom. Nucl. 68 686 (2005)
  56. Попов В С, Мур В Д, Карнаков Б М Письма в ЖЭТФ 66 213 (1997); Popov V S, Mur V D, Karnakov B M JETP Lett. 66 229 (1997)
  57. Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д Письма в ЖЭТФ 79 320 (2004); Popov V S, Karnakov B M, Mur V D JETP Lett. 79 262 (2004)
  58. Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д, Поздняков С Г ЖЭТФ 129 871 (2006); Popov V S, Karnakov B M, Mur V D, Pozdnyakov S G JETP 102 760 (2006); Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д, Поздняков С Г Препринт №22-05 (М.: ИТЭФ, 2005)
  59. Popov V S Laser Phys. 10 1033 (2000)
  60. Попов В С Письма в ЖЭТФ 73 3 (2001); Popov V S JETP Lett. 73 1 (2001)
  61. Попов В С ЖЭТФ 120 315 (2001); Popov V S JETP 93 278 (2001)
  62. Мигдал А Б Качественные методы в квантовой теории (М.: Наука, 1975), Гл. 1; Migdal A B Qualitative Methods in Quantum Theory (Reading, Mass.: W.A. Benjamin, 1977)
  63. Keldysh L Multiphoton ionization by a very short pulse, частное сообщение
  64. Lindner F et al. Phys. Rev. Lett. 95 040401 (2005)
  65. Gopal R et al. Phys. Rev. Lett. 103 053001 (2009)
  66. Демков Ю Н, Друкарев Г Ф ЖЭТФ 47 918 (1964); Demkov Yu N, Drukarev G F Sov. Phys. JETP 20 614 (1965)
  67. Paulus G G et al. Phys. Rev. Lett. 91 253004 (2003)
  68. Reichle R, Helm H, Kiyan I Yu Phys. Rev. Lett. 87 243001 (2001); Reichle R, Helm H, Kiyan I Yu Phys. Rev. A 68 063404 (2003)
  69. Kiyan I Yu, Helm H Phys. Rev. Lett. 90 183001 (2003)
  70. Bergues B et al. Phys. Rev. Lett. 95 263002 (2005)
  71. Bergues B et al. Phys. Rev. A 75 063415 (2007)
  72. Gazibegović-Busuladžić A, Milošević D B, Becker W Opt. Commun. 275 116 (2007)
  73. Gazibegović-Busuladžić A et al. Phys. Rev. Lett. 104 103004 (2010)
  74. Manakov N L et al. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 36 R49 (2003)
  75. Frolov M V et al. Phys. Rev. Lett. 91 053003 (2003)
  76. Bauer D, Milošević D B, Becker W Phys. Rev. A 72 023415 (2005)
  77. Korneev Ph A et al. New J. Phys. 14 055019 (2012)
  78. Chin S L et al. Phys. Rev. Lett. 61 153 (1988)
  79. Аммосов М В, Делоне Н Б, Крайнов В П ЖЭТФ 91 2008 (1986); Ammosov M V, Delone N B, Krainov V P Sov. Phys. JETP 64 11918 (1986)
  80. Делоне Н Б, Крайнов В П УФН 168 531 (1998); Delone N B, Krainov V P Phys. Usp. 41 469 (1998)
  81. Попов В С УФН 169 819 (1999); Popov V S Phys. Usp. 42 733 (1999)
  82. Goreslavski S P, Paulus G G, Popruzhenko S V, Shvetsov-Shilovskii N I Phys. Rev. Lett. 93 233002 (2004)
  83. Попов В С, Мур В Д, Попруженко С В Письма в ЖЭТФ 85 275 (2007); Popov V S, Mur V D, Popruzhenko S V JETP Lett. 85 223 (2007)
  84. Popruzhenko S V, Paulus G G, Bauer D Phys. Rev. A 77 053409 (2008)
  85. Popruzhenko S V, Bauer D J. Mod. Opt. 55 2573 (2008)
  86. Smirnova O, Spanner M, Ivanov M Phys. Rev. A 77 033407 (2008)
  87. Torlina L, Smirnova O Phys. Rev. A 86 043408 (2012)
  88. Potvliege R M Comp. Phys. Commun. 114 42 (1998)
  89. Bauer D, Koval P Comp. Phys. Commun. 174 396 (2006)
  90. Bashkansky M, Bucksbaum P H, Schumacher D W Phys. Rev. Lett. 60 2458 (1988)
  91. Paulus G G et al. Phys. Rev. Lett. 84 3791 (2000)
  92. Yan T-M, Popruzhenko S V, Vrakking M J J, Bauer D Phys. Rev. Lett. 105 253002 (2010)
  93. Sorokin A A et al. Phys. Rev. Lett. 99 213002 (2007)
  94. Torlina L et al. arXiv:1402.5620
  95. Torlina L et al. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 47 204021 (2014)
  96. Torlina L et al. Phys. Rev. A 86 043409 (2012)
  97. Huismans Y et al. Science 331 61 (2011)
  98. Marchenko T et al. Phys. Rev. A 84 053427 (2011)
  99. Castañeda Cortés H M, Popruzhenko S V, Bauer D, Pálffy A New J. Phys. 13 063007 (2011)
  100. Fedotov A M et al. Phys. Rev. Lett. 105 080402 (2010)
  101. Schenk M, Küger M, Hommelhoff P Phys. Rev. Lett. 105 257601 (2010)
  102. Popov V S, Karnakov B M, Mur V D Phys. Lett. A 229 306 (1997)
  103. Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д ЖЭТФ 113 1579 (1998); Popov V S, Karnakov B M, Mur V D JETP 86 860 (1998)
  104. Попов В С, Сергеев А В Письма в ЖЭТФ 63 398 (1996); Popov V S, Sergeev A V JETP Lett. 63 417 (1996)
  105. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С Письма в ЖЭТФ 65 391 (1997); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S JETP Lett. 65 405 (1997)
  106. Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д ЖЭТФ 115 1642 (1999); Popov V S, Karnakov B M, Mur V D JETP 88 902 (1999)
  107. Давыдов А С Теория твердого тела (М.: Наука, 1976)
  108. Сахаров А Д ДАН СССР 165 65 (1965); Sakharov A D Sov. Phys. Dokl. 10 1045 (1966)
  109. Сахаров А Д УФН 88 725 (1966); Sakharov A D Sov. Phys. Usp. 9 294 (1966)
  110. Сахаров А Д Научные труды (М.: ОТФ ФИАН. Центрком, 1995)
  111. Павловский А И Сахаров А Д. Научные труды (М.: ОТФ ФИАН. Центрком, 1995) с. 85
  112. Терентьев М В История эфира (М.: ФАЗИС, 1982)
  113. Дирак П А М Природа (3) 68 (1972)
  114. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред (М.: Наука, 1982); Landau L D, Lifshitz E M Electrodynamics of Continuous Media (Oxford: Pergamon Press, 1984)
  115. Sarri G et al. Phys. Rev. Lett. 109 205002 (2012)
  116. Wagner U et al. Phys. Rev. E 70 026401 (2004)
  117. Попов В С, Карнаков Б М УФН 184 273 (2014); Popov V S, Karnakov B M Phys. Usp. 57 257 (2014)
  118. Попов В С, Мур В Д, Карнаков Б М Письма в ЖЭТФ 66 213 (1997); Popov V S, Mur V D, Karnakov B M JETP Lett. 66 229 (1997)
  119. Popov V S, Mur V D, Karnakov B M Phys. Lett. A 250 20 (1998)
  120. Мур В Д, Карнаков Б М, Попов В С ЖЭТФ 114 798 (1998); Mur V D, Karnakov B M, Popov V S JETP 87 433 (1998)
  121. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С ЯФ 62 1444 (1999); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S Phys. Atom. Nucl. 62 1363 (1999)
  122. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С ЖЭТФ 132 331 (2007); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S JETP 105 292 (2007)
  123. Фок В А Изв. АН СССР (4 - 5) 551 (1937); Fock V A Phys. Z. Sowjetunion 12 404 (1937)
  124. Фок В А Работы по квантовой теории поля (Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1957) с. 141
  125. Попов В С Дисс. ... докт. физ.-мат. наук (М.: ИТЭФ, 1974) с. 219
  126. Klein O Z. Phys. 37 895 (1926)
  127. Fock V Z. Phys. 38 242 (1926); Fock V Z. Phys. 39 226 (1926)
  128. Gordon W Z. Phys. 40 117 (1926)
  129. Зельдович Я Б ЖЭТФ 51 1492 (1966); Zel'dovich Ya B Sov. Phys. JETP 24 1006 (1967); Зельдович Я Б УФН 110 139 (1973); Zel'dovich Ya B Sov. Phys. Usp. 16 427 (1973)
  130. Ритус В И ЖЭТФ 51 1544 (1966); Ritus V I Sov. Phys. JETP 24 1041 (1967)
  131. Манаков Н Л, Рапопорт Л П ЖЭТФ 69 842 (1975); Manakov N L, Rapoport L P Sov. Phys. JETP 42 430 (1975)
  132. Berson I J J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 8 3078 (1975)
  133. Manakov N L, Ovsiannikov V D, Rapoport L P Phys. Rep. 141 320 (1986)
  134. Окунь Л Б УФН 180 871 (2010); Okun L B Phys. Usp. 53 835 (2010)
  135. Мур В Д, Попов В С ТМФ 27 204 (1976); Mur V D, Popov V S Theor. Math. Phys. 27 429 (1976)
  136. Попов В С, Елецкий В Л, Мур В Д ЖЭТФ 71 856 (1976); Popov V S, Eletskii V L, Mur V D Sov. Phys. JETP 44 451 (1976)
  137. Karnakov B M, Mur V D, Popov V S Laser Phys. 15 1556 (2005)
  138. Dirac P A M The Principles of Quantum Mechanics (Oxford: Clarendon Press, 1958); Дирак П Принципы квантовой механики (М.: Наука, 1979) с. 71
  139. Wightman A S Introduction to Some Aspects of Relativistic Dynamics of Quantized Fields (Princeton: Princeton Univ. Press, 1964)
  140. Зельдович Я Б, Попов В С УФН 105 403 (1971); Zeldovich Ya B, Popov V S Sov. Phys. Usp. 14 673 (1972)
  141. Richtmyer R D Principles of Advanced Mathematical Physics (New York: Springer-Verlag, 1978); Рихтмайер Р Принципы современной математической физики (М.: Мир, 1982), Гл. 5
  142. Воронов Б Л, Гитман Д М, Тютин И В ТМФ 150 41 (2007); Voronov B L, Gitman D M, Tyutin I V Theor. Math. Phys. 150 34 (2007)
  143. Pomeranchuk I Ya, Smorodinsky Ya A J. Phys. USSR 9 97 (1945)
  144. Зоммерфельд А Пути познания в физике (М.: Наука, 1973) с. 191
  145. Герштейн С С, Зельдович Я Б ЖЭТФ 57 654 (1969); Gershtein S S, Zel'dovich Ya B Sov. Phys. JETP 30 358 (1970)
  146. Зельдович Я Б и др. УФН 105 780 (1971); Zel'dovich Ya B et al. Sov. Phys. Usp. 14 811 (1972)
  147. Brodsky S Comm. At. Mol. Phys. 4 109 (1973)
  148. Okun L B Comm. Nucl. Part. Phys. 6 25 (1974)
  149. Bandrauk A Molecules in Laser Fields (New York: Dekker, 1994)
  150. Posthumus J H Rep. Prog. Phys. 67 623 (2004)
  151. Stapelfeldt H, Seideman T Rev. Mod. Phys. 75 543 (2003)
  152. Becker W et al. Phys. Rev. A 76 033403 (2007)
  153. Busuladžić M, Milošević D B Phys. Rev. A 82 015401 (2010)
  154. Borzunov S V et al. Phys. Rev. A 88 033410 (2013)
  155. Gertsvolf M et al. Phys. Rev. Lett. 101 243001 (2008)
  156. Rajeev P P et al. Phys. Rev. Lett. 102 083001 (2009)
  157. Ghimire S et al. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 47 204030 (2014)
  158. Eckle P et al. Science 322 1525 (2008)
  159. Eckle P et al. Nature Phys. 4 565 (2008)
  160. Pfeiffer A N et al. Nature Phys. 8 76 (2011)
  161. Pfeiffer A N et al. Phys. Rev. Lett. 109 083002 (2012)
  162. Pfeiffer A N et al. Chem. Phys. 414 84 (2013)
  163. McDonald C R et al. Phys. Rev. Lett. 111 090405 (2013)
  164. Kheifets A S, Ivanov I A Phys. Rev. Lett. 105 233002 (2010)
  165. Dahlström J M, L'Huillier A, Maquet A J. Phys.. B At. Mol. Opt. Phys 45 183001 (2012)
  166. Nubbemeyer T et al. Phys. Rev. Lett. 101 233001 (2008)
  167. Blaga C I et al. Nature Phys. 5 335 (2009)
  168. Quan W et al. Phys. Rev. Lett. 103 093001 (2009)
  169. Wu C Y et al. Phys. Rev. Lett. 109 043001 (2012)
  170. Dura J, Camus N, Thai A Sci. Rep. 3 2675 (2013)
  171. Faisal F H M Nature Phys. 5 319 (2009)
  172. Liu C, Hatsagortsyan K Z Phys. Rev. Lett. 105 113003 (2010)
  173. Kästner A, Saalmann U, Rost J M Phys. Rev. Lett. 108 033201 (2012)
  174. Becker W et al. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 47 204022 (2014)
  175. Dimitrovski D et al. Phys. Rev. Lett. 113 103005 (2014)
  176. "Special issue on 50 years of optical tunneling" J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 47 (20) (2014)
  177. Базь А И, Зельдович Я Б, Переломов А М Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике (М.: Наука, 1969), Гл. IX; Baz'A I, Zel'dovich Ya B, Perelomov A M Scattering, Reactions and Decay in Nonrelativistic Quantum Mechanics (Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations, 1971)

© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение