Doble ionización

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La doble ionización es un proceso de formación de iones doblemente cargados cuando se usa radiación láser en contra de la inercia de átomos neutros o de moléculas. Comúnmente es menos probable que la ionización de un electrón. Se distinguen dos tipos de doble ionización: secuencial y no secuencial.

Doble ionización secuencial en un estado iónico excitado.

Doble ionización secuencial

Doble ionización secuencial.

Este fenómeno es un proceso de génesis de iones doblemente cargados que consta de dos eventos:

Doble ionización no secuencial

Doble ionización no secuencial en átomos alcalinotérreos.

En 1975, experimentalmente, Suran y Zapesochny descubrieron este fenómeno en átomos alcalinotérreos.[2]​ Aún con estudios extensivos, los detalles de la doble ionización en átomos alcalinotérreos continúan ignotos.

DDoble ionización no secuencial de átomos de gases nobles en el régimen alto.
Doble ionización no secuencial de átomos de gases nobles en el régimen bajo.

La ionización doble no secuencial es un proceso cuyo mecanismo difiere en cualquier detalle de la doble ionización secuencial anteriormente descrita. Pueden existir diferentes ejemplos:

  • Ambos electrones salen del sistema simultáneamente, como en los átomos alcalinotérreos.
  • El primer electrón propicia la liberación del segundo electrón, como en átomos de gases nobles.

Se supone que, en este caso, se realiza por transiciones de ambos electrones a través del espectro de estados atómicos autoionizantes, ubicados entre los potenciales de ionización primero y segundo.[3]​[4]​[5]​ [6]​ [7]​ [8]​

En átomos de gases nobles, L'Huillier observó por primera vez la ionización doble no secuencial.[9]​[10]​

El interés hacia este fenómeno creció rápidamente después de ser redescubierto en campos infrarrojos y para intensidades mayores.[11]​[12]​ También se ha observado ionización múltiple.[13]​[14]​

El mecanismo de la ionización doble no secuencial en átomos de gases nobles difiere del que ocurre en átomos alcalinotérreos. En los gases nobles en campos de láser infrarrojo, siguiendo la ionización de un electrón, el liberado puede colisionar otra vez contra el ion que causó la liberación.[15]​[16]​

Este electrón actúa como «antena atómica», que absorbe la energía del campo de láser entre la ionización, que vuelve a colisionar y deposita ésta en el ion causante. Una dispersión no elástica en el ion causante resulta en excitación de colisión adicional y/o ionización.

A este mecanismo se le denomina «modelo de tres pasos» de la doble ionización no secuencial. Está estrechamente relacionado con el modelo de tres pasos de la generación de alta armonía. En gran parte la dinámica de doble ionización mediante aquel modelo es proporcional a la intensidad del campo láser.

La energía máxima (en unidades atómicas) ganada por el electrón que vuelve a colisionar del campo láser es ,[15]​ donde es la energía ponderomotiva, es la fuerza del campo láser, y es la frecuencia del láser.

Incluso cuando es mucho menor que la ionización potencial , en los experimentos se ha observado ionización correlacionada.[17]​[18]​[19]​

Al contrario del de régimen alto (),[20]​[21]​[22]​[23]​ en el de régimen bajo () la contribución del láser durante el momento en que vuelve a colisionar es vital.

El análisis clásico y cuántico[24]​[25]​[26]​ del de régimen bajo demuestra dos maneras de eyección de un electrón después de volver a colisionar:

  • Los dos electrones pueden ser liberados con poco tiempo de retraso comparado con el cuarto de ciclo del campo láser guía.
  • El tiempo de retraso entre la eyección de los electrones primero y segundo es del orden del cuarto de ciclo del campo guía.

En estos dos casos, los electrones aparecen en diferentes cuadrantes del espectro correlacionado. Si continúa la segunda colisión, los electrones se lanzan casi simultáneamente, los signos de sus momentos en paralelo son iguales, y el campo láser los guía en la misma dirección hacia el detector.[27]​ [28]​ del . Si después de la segunda colisión los electrones se lanzan con retraso sustancial: un cuarto de ciclo o más, toman direcciones opuestas. Estos dos tipos de dinámicas generan diferentes espectros correlacionados.

Compárense los resultados experimentales[13]​[18]​[19]​ con los obtenidos en Staute, 2007 y Rudenko, 2007.[22]​[23]​

Referencias

  1. ↑ Delone, N. B.; Krainov, V. P. (2000). Multiphoton Processes in Atoms. Springer. ISBN 3540646159. 
  2. ↑ Suran, V. V.; Zapesochny, I. P. (1975). «Observation of Sr2+ in multiple-photon ionization of strontium». Sov. Tech. Phys. Lett. 1 (11): 420. 
  3. ↑ Lambropoulos, P.; Tang, X.; Agostini, P.; Petite, G.; l’Huillier, A. (1988). Multiphoton spectroscopy of doubly excited, bound, and autoionizing states of stronitum. Physical Review. ISBN 3540646159. 
  4. ↑ Bondar', I. I.; Suran, V. V. (1993). «The two-electron mechanism of Ba2+ ion formation in the ionization of Ba atoms by YAG-laser radiation». JETP 76: 381. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  5. ↑ Bondar, I. I.; Suran, V. V. (1993). «Resonance structure of doubly-charged-ion production during laser dielectronicionization of atoms». JETP 68: 837. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  6. ↑ Bondar, I. I.; Suran, V. V.; Dudich, M.I. (2000). «Resonant structure in doubly charged ion formation during multiphoton ionization of Sr and Ba atoms by infrared laser radiation». Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 33: 20. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  7. ↑ Liontos, I.; Bolovinos, A.; Cohen, S.; Lyras, A. (2004). «Single and double ionization of magnesium via four-photon excitation of the 3p^{2}^{1}S_{0} autoionizing state: Experimental and theoretical analysis». Physical review 70: 3. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  8. ↑ Liontos, I.; Cohen, S.; Lyras, A. (2010). «Multiphoton Ca2+production occurring before the onset of Ca+saturation: Is it a fingerprint of direct double ionization?». Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 43: 9. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  9. ↑ l’Huillier, A.; Lompre, L.; Mainfray, G.; Manus, C. (1982). «Multiply Charged Ions Formed by Multiphoton Absorption Processes in the Continuum». Physical review letters 48: 26. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  10. ↑ l’Huillier, A.; Lompre, L.A.; Mainfray, G.; Manus, C. (1983). «Multiply charged ions induced by multiphoton absorption in rare gases at 0.53 μm». Physical review A 27: 5. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  11. ↑ Walker, B.; Mevel, E.; Yang, B.; Breger, P.; Chambaret, J.; Antonetti, A.; Dimauro, L.; Agostini, P. (1993). «Double ionization in the perturbative and tunneling regimes». Physical review A 48: 2. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  12. ↑ Walker, B.; Sheehy, B.; Dimauro, L.; Agostini, P.; Schafer, K.; Kulander, K. (1994). «Precision Measurement of Strong Field Double Ionization of Helium». Physical review letters 73: 9. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  13. ↑ a b Rudenko, A.; Zrost, K.; Feuerstein, B.; De Jesus, V.; Schröter, C.; Moshammer, R.; Ullrich, J. (2004). «Correlated Multielectron Dynamics in Ultrafast Laser Pulse Interactions with Atoms». Physical Review Letters 93: 25. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  14. ↑ Zrost, K.; Rudenko, A.; Ergler, T.; Feuerstein, B.; Jesus, V.L.B.D.; Moshammer, R.; Ullrich, J. (2006). «Multiple ionization of Ne and Ar by intense 25 fs laser pulses: Few-electron dynamics studied with ion momentum spectroscopy». Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 39: 13. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  15. ↑ a b Corkum, P. (1997). «Plasma perspective on strong field multiphoton ionization». Physical Review Letters 71: 13. Bibcode:1993JETP...76..381B. 
  16. ↑ Kuchiev, M. Y. (1987). «Atomic Antenna». JETP Letters 45: 404.  Texto « 1987JETPL..45..404K » ignorado (ayuda)
  17. ↑ Staudte, A. (2005). «“Controlling Attosecond Double Ionization Dynamics via Molecular Alignment”». Physical Review Letters 95: 20. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  18. ↑ a b Zeidler, D. (2005). «"Fully Differential Rates for Femtosecond Multiphoton Double Ionization of Neon”». Physical Review Letters 92: 21. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  19. ↑ a b Rudenko, A. (2005). «"Intense-field many-bodyS-matrix theory".». Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 38: 3. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  20. ↑ Ivanov, M. (2001). «Physics of correlated double ionization of atoms in intense laser fields: Quasistatic tunneling limit». Physical Review 63: 3. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  21. ↑ Faisal, F.H.M. (2001). «Physics of correlated double ionization of atoms in intense laser fields: Quasistatic tunneling limit». Physical Review 63: 3. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  22. ↑ a b Schöffler, M. (2007). «Binary and Recoil Collisions in Strong Field Double Ionization of Helium». Physical Review Letters 99: 26. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  23. ↑ a b Ergler, T. (2007). «"Correlated Two-Electron Momentum Spectra for Strong-Field Nonsequential Double Ionization of He at 800 nm». Physical Review Letters 99: 26. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  24. ↑ Karim, A. (2006). «Variable Time Lag and Backward Ejection in Full-Dimensional Analysis of Strong-Field Double Ionization». Physical Review Letters 97: 10. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  25. ↑ Eberly, J. (2006). «In-Plane Theory of Nonsequential Triple Ionization». Physical Review Letters 97: 8. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  26. ↑ Becker, W. (2006). «In-Plane Theory of Nonsequential Triple Ionization». Journal of Modern Optics 53: 193. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
  27. ↑ Bondar, D.; Liu, W. K.; Ivanov, M. (2009). «Two-electron ionization in strong laser fields below intensity threshold: Signatures of attosecond timing in correlated spectra». physical Review A 79 (2). doi:10.1103/PhysRevA.79.023417. 
  28. ↑ Ivanov, M. (2009). «"Two-electron ionization in strong laser fields below intensity threshold: Signatures of attosecond timing in correlated spectra".». Physical Review A 79: 2. Bibcode:1993JETP...76..381B.  |apellido1= y |apellido= redundantes (ayuda); |nombre1= y |nombre= redundantes (ayuda)
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