外场中里德堡原子电离动力学的理论研究

When atom ionization occurs in external fields, ionized electrons present abundant dynamics effect. Study on this field helps to realize coherent control of electric wave packet and quantum computation. In this project, we will study the ionization dynamics of atoms in external fields with semi-classical theory and quantum dynamics method, in the spatial and time domains. Semi-classical theory combines the classical trajectory Monte Carlo method and Feynman path integrals, while quantum mechanics is carried out by numerically solving the time dependent Schrodinger equation, incorporating core effect by quantum defect orbital method. Research content includes two aspects. For atom in electric field (or parallel electric and magnetic fields), the effects of core and pulsed laser on electron interference pattern and electron current distribution will be studied. The possibility of observing the evidence of nodes in wavefunction of quasi-bound state at atoms with large core will be analyzed. Different contributions to chaotic ionization from core and magnetic field will be discussed. For atom in magnetic and quadrupolar electric fields, the relationship between electron pulse trains and fractal structures will be studied. We will focus on the interference effect between electron pulses. The effect of pulsed laser and external fields on electron interference pattern and electron current distribution will also be studied. We will investigate on the new features of electron dynamics induced by the potential with special saddle structure, and provide the theoretical foundation of controlling the distribution of ionized electron in time and spatial domains.

外场中的原子发生电离时，电离电子将表现出丰富的动力学效应，对其研究有助于实现电子波包相干控制及量子计算。本项目拟同时使用经典轨道蒙特卡洛方法和数值求解含时薛定谔方程的量子力学方法，在空间域和时间域研究外场中电离电子的动力学效应。研究内容包括两方面：对于电场（平行电磁场）中的原子，研究原子实、脉冲光参数、电子能态对电离电子干涉图样及电子流分布的影响，重点分析在非氢原子中观测到准束缚态波函数信息的可能性及条件，探讨原子实和外场对混沌电离的不同贡献；对于磁场加四极电场中的原子，研究电子脉冲链与经典动力学中分型结构的关联，重点讨论电离脉冲间的干涉效应。研究脉冲光参数、外场参数对干涉图样及电子流分布的影响，探索这种特殊鞍点结构势能面对应的电离动力学新特性，为实现控制电离电子时间、空间分布提供理论依据。

外场中的原子发生电离时，电离电子将表现出丰富的动力学效应，对其研究有助于实现电子波包相干控制及量子计算。本项目使用半经典路径积分方法和数值求解含时薛定谔方程的量子力学方法，在时间域和空间域研究了不同外场中电离电子的动力学效应：（1）对于电场中的氢原子，数值模拟了其在高斯脉冲作用下的电离过程，记录其电子流分布和空间干涉图样，发现电子电离的两个通道：连续态越垒电离和准束缚态隧穿电离，讨论了探测时间和空间干涉图样之间的联系，发现在不同的记录时间，越垒电离和隧穿电离的贡献不同，导致空间干涉图样也将不同；（2）对于平行电场和磁场中的氢原子，计算了体系的能级位置和线宽，得到对应态线宽随外场强度的演化，观察到干涉收缩效应。数值模拟干涉收缩处的电子流分布及空间干涉图样，发现原子电离主要通道为隧穿电离，空间干涉图样表现出波函数节点结构。说明我们利用干涉收缩效应减小了磁场导致的不同Stark态的耦合，为将电离显微技术扩展到复杂外场情况提供了一种思路；（3）对于磁场加四极电场中的氢原子，使用半经典方法数值模拟其电离显微过程，分析了不同类型电离轨道和干涉图样结构之间的联系，发现了干涉图样随能量的演化规律，确认了一种新的环形干涉图样的出现，而不是常见的条纹状的干涉图样，这为相关实验的开展提供了参考。