BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trần Văn Phong ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG HẠT NHÂN LÊN QUÁ TRÌNH ION HÓA CỦA 𝐇𝟐+ TRONG TRƯỜNG LASER LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trần Văn Phong ẢNH HƯỞNG DAO ĐỘNG HẠT NHÂN LÊN QUÁ TRÌNH ION HÓA CỦA 𝐇𝟐+ TRONG TRƯỜNG LASER Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số : 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC TY Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc người thầy hướng dẫn đáng kính TS Nguyễn Ngọc Ty Người hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy cô Khoa Vật lý khoa khác trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh quý thầy cô từ đơn vị khác giảng dạy, truyền thụ cho kiến thức vô quý giá, uyên thâm chương trình cao học vật lý nguyên tử trường Xin cảm ơn quý thầy cô thành viên nhóm nghiên cứu Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh có nhiều giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình nghiên cứu để thực luận văn Tôi xin cảm ơn phòng sau đại học thuộc trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho học tập trường, đồng thời hướng dẫn hỗ trợ thủ tục thời gian học tập trường Xin cảm ơn người thân gia đình bè bạn có giúp đỡ âm thầm cao trình theo học cao học trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh thực luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2014 Trần Văn Phong MỤC LỤC Trang Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị LỜI MỞ ĐẦU Chương QUÁ TRÌNH ION HÓA CỦA PHÂN TỬ TRONG TRƯỜNG LASER CƯỜNG ĐỘ CAO 1.1 Tương tác laser với phân tử 1.2 Quá trình ion hóa 1.3 Phương pháp TDSE tính xác suất tốc độ ion hóa 10 1.3.1 Phương pháp thời gian ảo 13 1.3.2 Phương pháp tách toán tử giải TDSE 14 1.4 Phương pháp TDSE cho ion phân tử H +2 17 1.4.1 Trường hợp hạt nhân đứng yên 18 1.4.2 Trường hợp hạt nhân dao động 20 Chương KẾT QUẢ TÍNH XÁC SUẤT VÀ TỐC ĐỘ ION HÓA CỦA H +2 22 2.1 Xác suất tốc độ ion hóa phân tử H +2 hạt nhân đứng yên dao động 22 2.2 Sự phụ thuộc xác suất tốc độ ion hóa H +2 vào bậc dao động hạt nhân 27 2.3 Sự ion hóa đồng vị D +2 , T2+ so với H +2 31 KẾT LUẬN 35 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATD: Above-Threshold Dissociation (Sự phân ly ngưỡng) BS: Bond Softening (Sự làm yếu liên kết) BH: Bond Hardening (Sự tạo liên kết) HHG: High order Harmonic Generation (Sự phát xạ sóng điều hòa bậc cao) LASER: Light Amplification Stimulated Emission of Radiation TDSE: Time-Dependent Schrödinger Equation (Phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ chế ion hóa nguyên tử, phân tử: a) Ion hóa đa photon b) Ion hóa xuyên ngầm c) Ion hóa vượt rào Hình 1.2 Mô hình ion phân tử H2+ hệ tọa độ khối tâm, có gốc tọa độ O nằm trục phân tử cách hai hạt nhân; R, x khoảng cách liên hạt nhân tọa độ electron Hình 1.3 Đường phân tử H2+ , theo phương pháp thời gian ảo theo thực tế tính Gaussian Hình 2.1 17 19 Xác suất tốc độ ion hóa H2+ tương tác với trường laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40 fs, bước sóng 800 nm; Đường mảnh: hạt nhân đứng yên với giá trị x100; Đường dày: hạt nhân dao động bậc ν = a)Xác suất ion hóa; b) Tốc độ ion hóa Hình 2.2 23 Khoảng cách liên hạt nhân H2+ hạt nhân dao động trạng thái ν = 0, tương tác với trường laser cường độ I=3x1014 W/cm độ dài xung 40 fs bước sóng 800nm Hình 2.3 24 Xác suất tốc độ ion hóa H2+ theo cường độ laser a) b) Xác suất ion hóa H2+ hạt nhân đứng yên dao động bậc ν=0; c) d) Tốc độ ion hóa H2+ hạt nhân đứng yên dao động bậc ν=0 Hình 2.4 25 Sự phụ thuộc xác suất tốc độ ion hóa vào thời gian xung, với laser cường độ I = 3x1014W/cm2, bước sóng 800nm 26 Hình 2.5 Xác suất ion hóa H2+ trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gian xung 40fs bước sóng 800nm với mức dao động ν=0-21 a) ν=0-5; b) ν=6-10; c) ν=11-15; d) ν=16-21 27 Hình 2.6 Tốc độ ion hóa H2+ trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gian xung 40fs bước sóng 800nm với mức dao động ν=0-21 a) ν=0-5; b) ν=6-10; c) ν=11-15; d) ν=16-21 28 Hình 2.7 Khoảng cách liên hạt nhân phân tử H2+ theo bậc dao động, tương tác với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm Hình 2.8 Sự phụ thuộc trung bình xác suất ion hóa miền phẳng vào bậc dao động hạt nhân ν Hình 2.9 30 31 + Xác suất ion hóa H2+ , D+ , T2 , tương tác với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = , c) ν = 11 32 + Hình 2.10 Tốc độ ion hóa H2+ , D+ , T2 , tương tác với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = , c) ν = 11 32 + Hình 2.11 Khoảng cách liên hạt nhân H2+ , D+ , T2 với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = , c) ν = 11 33 LỜI MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ qua, việc nghiên cứu hiệu ứng nguyên tử phân tử điện từ trường cường độ mạnh phát triển nhanh chóng Những tiến công nghệ giúp tạo xung laser cực ngắn với cường độ mạnh theo bậc đơn vị nguyên tử (1a.u = 3,5.1016W/cm2) Với tiến giúp nhà khoa học nghiên cứu chi tiết trình động lực học nguyên tử phân tử [16], [17], [21] Từ thành công đó, nhà khoa học nghiên cứu rộng rãi mạnh mẽ tương tác nguyên tử, phân tử với laser Thời gian gần hiệu ứng phân tử, nguyên tử đặt trường laser mạnh quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học [13], [16], [17], [21] Một phân tử đơn giản ion phân tử H2+ , có tầm quan trọng vật lý Sự ion hóa ion phân tử H2+ nhà khoa học quan tâm nghiên cứu rộng rãi [5], [6], [8], [14], [18], [19] Năm 1992, tốc độ ion hóa H2+ khảo sát cách giải số phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian (Time Dependent Schrödinger Equation TDSE) nghiên cứu nhóm Sczcpan Chelkowski [8] Công trình khảo sát tốc độ ion hóa theo cường độ laser, mà hạt nhân chọn khoảng cố định R = a.u R = a.u Qua nhận thấy tốc độ ion hóa tăng theo cường độ laser tăng mạnh R = a.u Bốn năm sau, nhóm tiếp tục nghiên cứu ion hóa phân ly H2+ trường laser, cách giải TDSE xác cho mô hình ba vật, với chuyển động chiều hạt nhân theo hướng trường laser [9] Kết cho thấy ion hóa phân ly xảy mạnh mẽ tăng cường độ laser, sau 40 fs khoảng 65% H+H+ 35% H++H+ kênh bùng nổ Coulomb Gần đây, phụ thuộc vào tần số ion hóa H 2+ trường laser phân cực thẳng Lihua Bai cộng nghiên cứu năm 2013 [5] Kết cho thấy ion hóa toàn phần tần số tương đối thấp tương đối cao giá trị tương đối lớn, kể trường hợp thay đổi cường độ laser, điều phù hợp với tác giả khác Khi nghiên cứu ion hóa, phát xạ sóng điều hòa bậc cao định phương H2+ đặt trường laser [17], Christian Bruun Madsen cho thấy Coulomb biến dạng thời điểm điện trường tức thời laser Cho thay đổi điện trường chậm so với chuyển động electron trạng thái biên, hàm sóng electron có thời gian xuyên ngầm qua rào Sau ion hóa xuyên hầm, electron lan truyền gia tốc mạnh trường laser với ảnh hưởng từ trường Coulomb Do dao động trường laser, electron trước tiên chuyển động từ hạt nhân này, sau gia tốc trở lại hạt nhân Cuối cùng, khoảng hai phần ba chu kỳ quang học sau ion hóa, electron tái kết hợp với hạt nhân lượng tích lũy từ electron giải phóng photon điều hòa bậc cao Ở công trình [1] Nguyễn Thị Thu Hà, nghiên cứu ảnh hưởng dao động hạt nhân lên trình phát xạ sóng điều hòa bậc cao (High order Harmonic Generation -HHG) ion phân tử H2+ trường laser, với bậc dao động hạt nhân ν Kết cho thấy bậc dao động hạt nhân tăng cường độ HHG tăng, đạt bão hòa ν lớn Cách giải vấn đề ion hóa H2+ dựa vào ion hóa xuyên ngầm tác giả khác nghiên cứu [18], [24] Nghiên cứu nhóm Liang-You Peng vào năm 2003 động học ion hóa xuyên ngầm H +2 ánh sáng phân cực thẳng trường laser mạnh [18], nghiên cứu xác định tính toán động học ion hóa xuyên ngầm phụ thuộc vào bước sóng, cường độ laser độ dài liên kết phân tử Sự ảnh hưởng khoảng cách liên hạt nhân lên ion tức thời H2+ trường laser mạnh khảo sát [22], nhóm nghiên cứu Mohsen Vafaee giới thiệu thành phần tốc độ ion hóa tức thời (Instantaneous Ionization Rate) thành phần tốc độ ion hóa tổng thể, chúng tính toán cho H2+ giá trị khác khoảng cách liên hạt nhân trường laser phân cực thẳng Kết cho thấy tốc độ ion hóa phụ thuộc khoảng cách liên hạt nhân, tốc độ giảm nhanh tăng thêm khoảng cách liên hạt nhân Năm 2001, công trình [19] Weixing Qu cộng nghiên cứu tương quan hạt nhân ion hóa phát sóng điều hòa H2+ trường laser xung ngắn cường độ cao Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng lẫn electron hạt nhân, hạt nhân xem xét hai trường hợp cố định chuyển động, theo không theo gần Born-Oppenheimer Khi cường độ trường laser 2,5.1014 W/m2 xác suất ion hóa nhỏ, phân ly bắt đầu sau ion hóa từ 6,5÷7,0 fs Khi tăng cường độ laser xác suất ion hóa tăng nhanh hai trường hợp hạt nhân cố định chuyển động Xác suất ion hóa xét đến chuyển động hạt nhân cao nhiều so với hạt nhân cố định, chênh lệch giảm cường độ laser tăng Nhưng công trình xét phụ thuộc xác xuất vào vài cường độ laser Như vậy, phát xạ sóng điều hòa bắt đầu trình ion hóa, sau electron quay trở lại ion mẹ phát sóng điều hòa, số electron không trở lại ion mẹ gây trình ion hóa cho ion mẹ Hầu hết tác giả nghiên cứu trình ion hóa H +2 không xét đến [8] có xét đến chuyển động hạt nhân dạng chuyển động chiều [9], [19] Vì chuyển động hạt nhân có ảnh hưởng đến HHG nên ảnh hưởng đến trình ion hóa H2+ Điều cho thấy tầm quan trọng việc xem xét chuyển động hạt nhân, cụ thể mức dao động hạt nhân lên trình ion hóa ion phân tử H2+ Qu nghiên cứu tương quan hạt nhân đến ion hóa H2+ khảo sát vài cường độ định Hơn nữa, chưa nghiên cứu ảnh hưởng dao động hạt nhân lên ion hóa H2+ Từ mở hướng nghiên cứu mà định thực nghiên cứu ion hóa H2+ có xem xét đến ảnh hưởng bậc dao động hạt nhân, 25 Hình 2.3 Xác suất tốc độ ion hóa H +2 theo cường độ laser a) b) Xác suất ion hóa H +2 hạt nhân đứng yên dao động bậc ν=0 c) d) Tốc độ ion hóa H +2 hạt nhân đứng yên dao động bậc ν=0 Từ hình 2.3 ta nhận thấy xác suất tốc độ ion hóa tăng theo cường độ trường laser kể với hạt nhân cố định hạt nhân dao động Hình dáng đồ thị tương đối phù hợp với công trình [4] Ta thấy, cường độ 1x1014W/cm2, 2x1014W/cm2 tốc độ xác suất ion hóa nhỏ so với hai cường độ lại Nghĩa cường độ laser lớn trình ion hóa diễn nhanh ạt Ở hình 2.3.a) 2.3.b) cho thấy khoảng chu kỳ cuối thời gian xung hai trường hợp có xác suất gần thay đổi không đáng kể Còn hình 2.3.c) 2.3.d) cho thấy tốc độ ion hóa tăng dần, có tăng mạnh chu kỳ xung, đạt cực đại khoảng chu kỳ thứ 10 thời gian xung sau giảm chậm Điều giải thích cường độ laser tăng lên làm tăng tốc độ ion 26 ion hóa xuyên hầm xác suất ion hóa electron tăng lên Điều hiểu xung laser đạt cường độ đỉnh thời gian xung mà tốc độ ion hóa phụ thuộc vào cường độ xung, cường độ đạt đến giá trị ngưỡng tốc độ ion hóa tăng mạnh nhanh chóng đạt đến cực đại, sau cường độ trường giảm nên tốc độ ion hóa giảm dần, electron có động trung bình dù cường độ trường giảm tốc độ giảm chậm Cuối khảo sát phụ thuộc trình ion hóa vào thời gian xung, với thời gian xung 13fs, 27fs, 40fs laser bước sóng 800nm cường độ 3x1014W/cm2 xét với hạt nhân dao động bậc ν=10 Kết thể hình 2.4 cho thấy kết luận hoàn toàn phù hợp Hình 2.4 Sự phụ thuộc xác suất tốc độ ion hóa vào thời gian xung, với laser cường độ I = 3x1014W/cm2, bước sóng 800nm Trên hình 2.4.a), cho thấy phụ thuộc xác suất ion hóa H2+ vào thời gian xung, xác suất ion hóa tăng thời gian xung tăng lên có miền phẳng cuối thời gian xung mà xác suất thay đổi, kéo dài khoảng gần phần năm thời gian xung Ở hình 2.4.b), tốc độ ion hóa cực đại tăng tăng thời gian xung độ dốc đồ thị giảm nhẹ trước sau cực đại Điều cho thấy dáng điệu đồ thị không đổi mà thay đổi độ lớn giá trị chúng 27 2.2 Sự phụ thuộc xác suất tốc độ ion hóa H +2 vào bậc dao động hạt nhân Chúng trình bày quy luật thay đổi xác suất tốc độ ion hóa phân tử H2+ hạt nhân dao động trạng thái trạng thái hạt nhân cố định Trong phần tiếp tục nghiên cứu phụ thuộc trình ion hóa vào bậc dao động ν hạt nhân Thực bước tính xác suất tốc độ ion hóa H2+ trình bày, tính toán xác suất tốc độ ion hóa theo mức dao động hạt nhân phân tử đặt trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gan xung 40 fs, bước sóng 800nm thu kết hình 2.5 hình 2.6 sau Hình 2.5 Xác suất ion hóa H +2 trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gian xung 40fs bước sóng 800nm với mức dao động ν=0-21 a) ν=0-5; b) ν=6-10; c) ν=11-15; d) ν=16-21 28 Hình 2.6 Tốc độ ion hóa H +2 trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gian xung 40fs bước sóng 800nm với mức dao động ν=0-21 a) ν=0-5; b) ν=6-10; c) ν=11-15; d) ν=16-21 Kết hình 2.5 cho thấy từ bậc dao động ν= đến ν = xác suất ion hóa tăng theo bậc dao động, từ trạng thái lên trạng thái dao động xác suất tăng mạnh, bậc sau tăng Trên hình 2.5.b), xác suất ion hóa bậc dao động ν = 8, đạt bão hòa có giá trị thay đổi không nhiều Từ bậc dao động ν = 10 đến ν = 21 xác suất ion hóa giảm dần, nhiên bậc dao động ν = 21 xác suất cao trạng thái Và nhận thấy bậc dao động cao xác suất ion hóa bắt đầu tăng sớm hơn, thời gian chênh lệch từ đến hai chu kỳ vài bậc dao động đầu (hình 2.5.a)), sau khoảng thời gian chênh lệch nhỏ 29 Trong hình 2.6., nhận thấy tốc độ ion hóa tăng theo bậc dao động hạt nhân từ ν = đến ν = 8, thời gian bắt đầu tăng tốc độ ion hóa sớm bậc dao động cao, có tăng vọt tốc độ từ trạng thái đến bậc ν=1 Ở bậc dao động từ ν = đến ν = 21 tốc độ giảm dần, tốc độ ion hóa ứng với bậc ν = 21 cao trạng thái Điều giải thích tăng cường ion hóa cộng hưởng điện tích xảy khoảng cách liên hạt nhân lớn đó, tốc độ tăng vọt sau giảm dần Như kết cho thấy tốc độ xác suất ion hóa lúc đầu tăng theo bậc dao động động hạt nhân, sau đạt cực đại bắt đầu giảm dần Điều hiểu lúc khoảng cách liên hạt nhân tăng dần theo bậc dao động dẫn đến ion hóa giảm dần nên trình ion hóa diễn nhanh chóng tăng dần lên Khi khoảng cách liên hạt nhân đạt đến giá trị tới hạn giảm dần, với bậc dao động cao thời gian đầu xung laser khoảng cách hạt nhân lớn sau giảm dần, giảm dần làm ion hóa tăng lên xác suất tốc độ ion hóa giảm dần Cũng hiểu, hai hạt nhân tồn lực liên kết chúng lại với nhau, hạt nhân dao động trường laser khoảng cách hai hạt nhân tăng lên giảm xuống liên tục lượng dao động lớn tách rời hai hạt nhân gây ion hóa phân ly Chúng ta thấy hình 2.7., thay đổi khoảng cách liên hạt nhân vào bậc dao động chúng 30 Hình 2.7 Khoảng cách liên hạt nhân phân tử H +2 theo bậc dao động, với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm a) ν=0-5; b) ν=6-10; c) ν=11-15; d) ν=16-21 Để thấy rõ phụ thuộc xác suất ion hóa bậc dao động hạt nhân, xét miền phẳng từ chu kỳ thứ 11 đến cuối thời gian xung, thực tính trung bình xác suất đoạn cho bậc dao động hạt nhân, sau biểu diễn phụ thuộc giá trị xác suất trung bình theo bậc dao động ta thu kết hình 2.8 Ta nhận thấy xác suất ion hóa tăng mạnh khoảng ba bậc dao động đầu, sau đo tăng chậm đạt lớn bậc 8, sau giảm chậm, đến sau bậc 18 giảm nhanh Sự tăng lên sau giảm xuống xác xuất ion hóa giải thích kết tăng cường ion hóa cộng hưởng điện tích 31 Hình 2.8 Sự phụ thuộc trung bình xác suất ion hóa miền phẳng vào bậc dao động hạt nhân ν + + 2.3 Sự ion hóa đồng vị 𝐃+ 𝟐 , 𝐓𝟐 so với 𝐇𝟐 Chúng tiếp tục so sánh xác suất tốc độ ion hóa đồng vị D +2 , T2+ so với H +2 để đến nhận xét ảnh hưởng khối lượng đồng vị lên trình ion hóa Các đồng vị D +2 T2+ có điểm chung với H +2 gồm hai hạt nhân electron, nhiên khối lượng hạt nhân D +2 gấp hai lần khối lượng hạt nhân T2+ gấp ba lần khối lượng hạt nhân phân tử H +2 Sử dụng phương pháp tính xác suất tốc độ ion hóa trình bày với thay đổi khối lượng hạt nhân cho phù hớp với động vị, thu kết hình 2.9 hình 2.10 với bậc dao động ν = 0,3,11 32 Hình 2.9 Xác suất ion hóa H +2 , D +2 , T2+ với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = 3, c) ν = 11 Hình 2.10 Tốc độ ion hóa H +2 , D +2 , T2+ với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = 3, c) ν = 11 Trên hình 2.9 2.10 cho thấy xác suất tốc độ ion hóa đồng vị nặng thấp đồng vị nhẹ tương tác với trường laser cường độ 3x1014W/cm2, thời gian xung 40fs bước sóng 800nm Hình dạng đường cong biểu diễn xác suất tốc độ gần giống nhau, khác độ lớn chúng Ở trạng thái (Hình 2.9.a) 2.10.a)), xác suất tốc độ ion hóa ba đồng vị nhỏ khoảng chu kỳ đầu, sau tăng lên, tăng mạnh H +2 lớn nhiều so với hai đồng vị lại, đến khoảng chu kỳ thứ 11 xác suất bắt đầu thay đổi tạo miền phẳng, tốc độ đạt cực đại sau giảm dần Ở bậc dao động hạt nhân cao ν = 3, 11 33 (hình 2.9.b), 2.9.c) hình 2.10.b), 2.10.c)), xác suất tốc độ đồng vị chênh lệch đồng vị nhẹ lớn đồng vị nặng Để giải thích chênh lệch xác suất tốc độ ion hóa đồng vị trên, ta xét đến khoảng cách liên hạt nhân chúng, kết khảo sát thể hình 2.11 sau Hình 2.11 Khoảng cách liên hạt nhân H +2 , D +2 , T2+ với xung laser cường độ 3x1014W/cm2, độ dài xung 40fs bước sóng 800nm, bậc dao động hạt nhân ν = 0,3,11 a) ν = 0, b) ν = 3, c) ν = 11 Từ hình 2.11.a), chu kỳ đầu xung ta nhận thấy khoảng cách liên hạt nhân trạng thái đồng vị gần với hạt nhân cố định, sau khoảng cách tăng dần theo thời gian xung, đến cuối thời gian xung khoảng cách liên hạt nhân đồng vị nhẹ H +2 lớn hai đồng vị lại, khoảng cách liên hạt nhân T2+ thấp Ở hình 2.11.b) 2.11.c) với bậc dao động hạt nhân ν = 3,11 khoảng cách liên hạt nhân đồng vị tăng chênh lệch chúng giảm dần Có thể giải thích điều khối lượng hạt nhân đồng vị D +2 T2+ lớn H +2 , bậc dao động thấp có lượng nhỏ hạt nhân H +2 dễ thực dao động mạnh nên khoảng cách liên hạt nhân tăng nhanh Cũng bậc dao động cao lượng lớn nên hạt nhân đồng vị thực dao động mạnh dần lên, chênh lệch khoảng cách liên hạt 34 nhân bậc dao động cao đồng vị không nhiều trạng thái Như vậy, đồng vị nặng dao động hạt nhân nên xác suất tốc độ ion hóa chúng thấp đồng vị nhẹ 35 KẾT LUẬN Trong luận văn này, nghiên cứu ảnh hưởng dao động hạt nhân lên trình ion hóa H +2 trường laser, với kết đạt sau: Tính xác suất tốc độ ion hóa ion phân tử H +2 xét hạt nhân cố định vị trí cân hạt nhân dao động trạng thái ν = Kết cho thấy xác suất tốc độ ion hóa hạt nhân dao động trạng thái lớn so với hạt nhân cố định trị trí cân Khảo sát ảnh hưởng bậc dao động hạt nhân lên xác suất tốc độ ion hóa ion phân tử H +2 với bậc dao động hạt nhân từ đến 21, nhận thấy từ bậc dao động ν = đến ν = xác suất tốc độ ion hóa tăng theo bậc dao động, bậc ν = 8, xác suất ion hóa bắt đầu thay đổi sau giảm dần bậc cao hơn, tốc độ ion hóa đỉnh đạt cực đại bậc ν = 8, sau giảm dần với bậc dao động lớn ν = Khảo sát ion hóa đồng vị D +2 T2+ sau so sánh với H +2 , kết cho thấy đồng vị nặng xác suất tốc độ ion hóa thấp hơn, xét bậc dao động hạt nhân cao chênh lệch Như luận văn thực mục tiêu đề 36 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Trần Văn Phong, Nguyễn Ngọc Ty (2013), Ảnh hưởng dao động hạt nhân lên xác + suất ion hóa H trường laser, Tạp chí Khoa học Đai học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đỗ Thị Thu Hà (2013), Ảnh hưởng dao động hạt nhân lên trình phát xạ sóng hài phân tử, Luận văn thạc sĩ Vật lý lý thuyết, trường Ðại học Khoa học Tự nhiên T.p HCM Đỗ Thị Thu Hà, Lê Thị Thanh Thủy, Trần Lan Phương, Nguyễn Ngọc Ty (2013), “Phương pháp thời gian ảo giải số phương trình schrödinger dừng”, Tạp chí khoa học trường ĐHSP Tp HCM, số 43 Tiếng Anh Atkins P., Friedman R (2005), Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press Ben-Itzhak I and Coworkers (2008), “Elusive enhanced ionization structure for H2+ in intense ultrashort laser pulses”, Phys Rev A 78, pp.063419-10 Bai L., Hou L., Song C., Deng D., Ren X (2013), “Frequency dependence of ionization for H2+ in linearly polarized laser fields”, Optics & Laser Technology 50, pp.190–194 Barmaki S., Bachau H., and Ghalim M (2004), “Dissociation and ionization dynamics of H2+ with short laser pulses: The L2 approach”, Phys Rev A 69, pp.043403-7 Bucksbaum P H., Zavriyev A., Muller H G and Schumacher D W (1990), “Softening of the H2+ molecular bond in intense laser fields”, Phys Rev Lett 64, pp.1883-1886 Chelkowski S., Zuo T., and Bandrauk A D (1992), “Ionization rates of H2+ in an intense laser Seld by numerical integration of the time-dependent Schrödinger equation”, Phys Rev A 46, pp.5342-5345 Chelkowski S., Conjusteau A., Zuo T., and Bandrauk A D (1996), “Dissociative ionization of H2+ in an intense laser field: Charge-resonance- 38 enhanced ionization, Coulomb explosion, and harmonic generation at 600 nm”, Phys Rev A 54, pp.2511-2514 10 Chelkowski S., Foisy C., and Bandrauk A D (1998), “Electron-nuclear dynamics of multiphoton H2+ dissociative ionization in intense laser fields”, Phys Rev A 57, pp.1176-1185 11 Codling K and Frasinski L J (1994), “Coulomb explosion of simple molecules in intense laser fields”, Contemp Phys 35, pp.243-255 12 Frasinski L J., Posthumus J H., Plumridge J., and Codling K (1999), “Manipulation of Bond Hardening in H2+ by Chirping of Intense Femtosecond Laser Pulses”, Phys Rev Lett 83, pp.3625-3628 13 Hutchinson M H R and Ditmire T., Springate E., Tisch J W G., Shao Y L., Mason M B., Hay N and Marangos J P (1998), “High-intensity lasers: interactions with atoms, molecules and clusters”, Phil Trans R Soc Lond A 356, pp.297-315 14 Harumiya K., Kono H., and Fujimura Y (2002), “Intense laser-field ionization of H2 enhanced by two-electron dynamics”, Phys Rev A 66, pp.043403-14 15 Keldysh L V (1965), “Ionization in the field of a strong electromagnetic wave”, Sov Phys JETP 20, pp.1307-1314 16 Madsen C B (2010), Molecules in intense laser felds: Studies of ionization, high-order harmonic generation and alignment, PhD Thesis August, University of Aarhus 17 Magrakvelidze M (2009), Nuclear dynamics and ionization of diatomic molecules in intense laser fields, a thesis master of science, Tbilisi State University, Georgia 18 Peng L Y., Dundas D., McCann J F., Taylor K T and Williams I D (2003), “Dynamic tunnelling ionization of H2+ in intense fields”, J Phys B: At Mol Opt Phys 36, pp.295-302 39 19 Qu W., Chen Z., Xu Z and Keitel C H (2001), “Nuclear correlation in ionization and harmonic generatoion of H2+ in short intense laser pulse”, Phys Rev A 65, pp.013402-10 20 Suzor A G., He X., Atabek O (1990), “Above-threshold dissociation of H2+ in intense laser fields”, Phys Rev Lett 64, pp.515-518 21 Suzor A G., Mies F H., DiMauro L F., Charon E and Yang B (1995), “Dynamic H2+ in intense laser field”, J Phys B: At, Mol, Opt, Phys 28, pp.309-339 22 Vafaee M., Sabzyan H., Vafaee Z., and Katanforoush A (2006), “Detailed instantaneous ionization rate of H2+ in an intense laser field”, Phys Rev A 74, pp.043416-10 23 Yao G and Chu S (1990), “Molecular bond hardening and dynamic of molecular stabilization and trapping in intense laser pulse”, Phys Rev A 48, pp.485-494 24 Zuo T and Bandrauk A D (1995), “Charge-resonance-enhanced ionization of diatomic molecular ions by intense lasers”, Phys Rev B 52, pp.25112515 [...]... phõn t Quỏ trỡnh ion húa ca nguyờn t, phõn t trong trng laser bao gm ba c ch: Ion húa a photon, ion húa xuyờn ngm v ion húa vt ro (Hỡnh 1.1.) Hỡnh 1.1 S c ch ion húa ca nguyờn t, phõn t: a) Ion húa a photon b) Ion húa xuyờn ngm c) Ion húa vt ro [17] 9 Ion húa a photon xy ra khi trng laser khụng mnh lm nhiu lon th nng nguyờn t, phõn t S ion húa xy ra do s hp th nhiu photon vt mc th ion húa Trng hp... trỡnh ion húa Ngoi ra phn cui, chỳng tụi cũn kho sỏt s nh hng ca cỏc ng v D2+ , T2+ lờn s ion húa ca H2+ , t ú rỳt ra s nh hng ca ng v lờn s ion húa vi ht nhõn dao ng 2.1 Xỏc sut v tc ion húa ca phõn t H +2 khi ht nhõn ng yờn v dao ng Trong phn ny, tỡm ra nhng nh hng ca dao ng ht nhõn lờn quỏ trỡnh ion húa, chỳng tụi tin hnh so sỏnh quỏ trỡnh ion húa ca H2+ trong trng hp ht nhõn c nh v ht nhõn dao. ..4 do ú chỳng tụi quyt nh chn ti nh hng dao ng ht nhõn lờn quỏ trỡnh ion húa ca + trong trng laser Mc tiờu ca lun vn l kho sỏt s nh hng ca dao ng ht nhõn lờn lờn quỏ trỡnh ion húa ca phõn t H2+ khi tng tỏc vi trng laser mnh xung ngn, bao gm nh hng n xỏc sut ion húa v tc ion húa Nghiờn cu ny s cho ta thụng tin v s ion húa ca H2+ , s ion húa luụn xy ra kốm theo quỏ trỡnh phỏt HHG, nờn iu... Xỏc sut v tc ion húa ca H +2 theo cỏc cng laser a) v b) Xỏc sut ion húa ca H +2 khi ht nhõn ng yờn v dao ng bc =0 c) v d) Tc ion húa ca H +2 khi ht nhõn ng yờn v dao ng bc =0 T hỡnh 2.3 ta nhn thy xỏc sut v tc ion húa tng theo cng trng laser k c vi ht nhõn c nh v ht nhõn dao ng Hỡnh dỏng th cng tng i phự hp vi cụng trỡnh [4] Ta thy, cng 1x1014W/cm2, 2x1014W/cm2 tc v xỏc sut ion húa rt nh... mnh, cỏc bc sau tng ớt hn Trờn hỡnh 2.5.b), xỏc sut ion húa bc dao ng = 8, 9 t bóo hũa cú giỏ tr thay i khụng nhiu T bc dao ng = 10 n = 21 xỏc sut ion húa gim dn, tuy nhiờn bc dao ng = 21 xỏc sut vn cao hn trng thỏi c bn V chỳng tụi nhn thy bc dao ng cao hn thỡ xỏc sut ion húa bt u tng sm hn, v thi gian chờnh lch t mt n hai chu k vi bc dao ng u (hỡnh 2.5.a)), cng v sau khong thi gian chờnh... gii TDSE tớnh xỏc sut ion húa v tc ion húa Chỳng tụi s dng phng phỏp thi gian o gii phng trỡnh Shrửdinger dng, v phng phỏp tỏch toỏn t gii TDSE cho H2+ khi ht nhõn ng yờn v dao ng Trong chng hai, chỳng tụi trỡnh by kt qu v s nh hng ca bc dao ng ht nhõn lờn xỏc sut ion húa v tc ion húa ca H2+ , sau ú so sỏnh vi trng hp ht nhõn c nh Trong chng ny chỳng tụi + cũn kho sỏt s ion húa cỏc ng v D+ 2 ,... khong 3 chu k cui thi gian xung Xỏc sut ion húa khi xột ht nhõn c nh rt nh, xỏc sut cc i vo khong 9,76022x10-4 i vi ht nhõn dao ng mc = 0 xỏc sut cc i cao hn khi ht nhõn c nh khong 338 ln hỡnh 2.1.b), cho thy tc ion húa ca phõn t H2+ khi ht nhõn ng yờn cng khỏ nh, cc i tc ion húa vo c 2,94x10-5 fs-1 Khi tớnh n dao ng ht nhõn, ch xột mc dao ng = 0 thỡ xỏc sut ion húa cng khỏ ln, gp khong 432 ln tc... theo thi gian, sau ú tớnh xỏc sut v tc ion húa ca H2+ Ngoi ra chỳng tụi cũn s dng phn mm v th Oringin biu din xỏc sut v tc ion húa theo thi gian cng nh theo bc dao ng ht nhõn T ú, chỳng tụi so sỏnh xỏc sut v tc ion húa ca H2+ trong trng hp ht nhõn c nh v trớ cõn bng v dao ng trng thỏi c bn =0 Quan trng hn, chỳng tụi cng so sỏnh xỏc sut ion húa gia cỏc bc dao ng ht nhõn t 0 n 21, t ú tỡm ra quy... xung 40fs v bc súng 800nm vi cỏc mc dao ng =0-21 a) =0-5; b) =6-10; c) =11-15; d) =16-21 28 Hỡnh 2.6 Tc ion húa ca H +2 trong trng laser cng 3x1014W/cm2, thi gian xung 40fs v bc súng 800nm vi cỏc mc dao ng =0-21 a) =0-5; b) =6-10; c) =11-15; d) =16-21 Kt qu trờn hỡnh 2.5 cho thy t bc dao ng = 0 n = 8 xỏc sut ion húa tng theo bc dao ng, t trng thỏi c bn lờn trng thỏi dao ng u tiờn xỏc sut tng mnh, ... xỏc sut v tc ion húa theo (1.10) v (1.11) ó trỡnh by trờn 22 Chng 2 KT QU TNH XC SUT + V TC ION HểA CA H 2 Trong chng ny, chỳng tụi ỏp dng phng phỏp TDSE cho ion phõn t H2+ , vi chuyn ng mt chiu ca electron trong trng laser mnh xung ngn Chỳng tụi trỡnh by kt qu tớnh xỏc sut v tc ion húa ca H2+ trong trng hp ht nhõn c nh v ht nhõn dao ng vi cỏc bc dao ng , t ú so sỏnh s nh hng ca bc dao ng ht nhõn ... Ion húa a photon, ion húa xuyờn ngm v ion húa vt ro (Hỡnh 1.1.) Hỡnh 1.1 S c ch ion húa ca nguyờn t, phõn t: a) Ion húa a photon b) Ion húa xuyờn ngm c) Ion húa vt ro [17] 9 Ion húa a photon... quỏ trỡnh ion húa, sau ú electron quay tr li ion m v phỏt súng iu hũa, cú th mt s electron s khụng tr li ion m s gõy quỏ trỡnh ion húa cho ion m Hu ht cỏc tỏc gi ó nghiờn cu quỏ trỡnh ion húa ca... cu s ion húa ca mt phõn t n gin trng laser mnh Quỏ trỡnh ion húa cú th xy l ion húa n v ion húa kộp i vi nguyờn t v phõn t Quỏ trỡnh ion húa ca nguyờn t, phõn t trng laser bao gm ba c ch: Ion