Представление вероятностей квантовых переходов функциональным интегралом в пространстве энергетических состояний


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В рамках формализма функционального интегрирования (интегрирования по траекториям) излагается непертурбативный метод описания динамики многоуровневых квантовых систем (атомов, молекул, наносистем), взаимодействующих с полем лазерного излучения высокой интенсивности. Вероятности переходов между состояниями квантовой системы под действием внешнего электромагнитного поля представляются функциональным интегралом в энергетическом представлении (в пространстве энергетических состояний исследуемой многоуровневой квантовой системы). На основании предложенного метода вычисляются вероятности переходов двухатомных молекул между энергетическими уровнями вращательных степеней свободы под действием серии пикосекундных импульсов лазерного излучения. Проведено численное моделирование динамики населенностей различных вращательных квантовых состояний молекул 14N 2 и 15N 2 под действием серии пикосекундых лазерных импульсов различной интенсивности и с различным периодом группы импульсов. Показано, что при определенных интервалах между лазерными импульсами наблюдается явление резонанса переноса населенности с низших на более высокие вращательные уровни исследуемых молекул. Данный резонанс исследуется при различных интенсивностях лазерных импульсов. Примечательно, что параметры лазерного излучения, при которых наблюдается резонансный переход населенностей молекул, различны для 14N 2 и 15N 2. Полученные результаты указывают на возможность селективного возбуждения изотопов под действием групп ультракоротких лазерных импульсов путем варьирования их интенсивности и периода следования в группе. Результаты численного моделирования количественно согласуются с результатами экспериментальных исследований [Phys. Rev. Lett., 2012, vol. 109, 043003].

Об авторах

Александр Александрович Бирюков

Самарский государственный университет

Email: biryukov@samsu.ru
(к.ф.-м.н., проф.; biryukov@samsu.ru), зав. кафедрой, каф. общей и теоретической физики Россия, 443011, Самара, ул. Академика Павлова, 1

Марк Александрович Шлеенков

Самарский государственный университет

Email: shleenkov@list.ru
(к.ф.-м.н.; shleenkov@list.ru; автор, ведущий переписку), ассистент, каф. общей и теоретической физики Россия, 443011, Самара, ул. Академика Павлова, 1

Список литературы

  1. Бирюков А. А., Шлеенков М. А. Представление вероятностей квантовых переходов функциональным интегралом в пространстве энергетических состояний / Четвертая международная конференция «Математическая физика и ее приложения»: материалы конф.; ред. чл.-корр. РАН И. В. Волович; д.ф.-м.н., проф. В. П. Радченко. Самара: СамГТУ, 2014. С. 87.
  2. Sweatlock L. A., Maier S. A., Atwater H. A., Penninkhof J. J., Polman A. Highly confined electromagnetic fields in arrays of strongly coupled Ag nanoparticles // Phys. Rev. B. Vol. 71, no. 23, 235408. doi: 10.1103/physrevb.71.235408.
  3. Hao E., Schatz G. C. Electromagnetic fields around silver nanoparticles and dimers // J. Chem. Phys., 2004. vol. 120, no. 1. pp. 357-369. doi: 10.1063/1.1629280.
  4. Govorov A. O. Semiconductor-metal nanoparticle molecules in a magnetic field: Spinplasmon and exciton-plasmon interactions // Phys. Rev. B, 2010. vol. 82, no. 15, 155322. doi: 10.1103/physrevb.82.155322.
  5. Кошляков П. В., Чесноков Е. Н., Горелик С. Р., Киселев В. Г., Петров А. К. Инфракрасная многофотонная диссоциация метилтрифторсилана // Хим. физ., 2006. Т. 25, № 6. С. 22-32.
  6. Ursrey D., Anis F., Esry B. D. Multiphoton dissociation of HeH+ below the He+ (1s) +H(1s) threshold // Phys. Rev. A. vol. 85, no. 2, 023429, arXiv: 1112.3688 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/physreva.85.023429.
  7. Wellers Ch., Borodin A., Vasilyev S., Offenberg D., Schiller S. Resonant IR multiphoton dissociation spectroscopy of a trapped and sympathetically cooled biomolecular ion species // Phys. Chem. Chem. Phys., 2011. vol. 13, no. 42. pp. 18799-809. doi: 10.1039/c1cp22428j.
  8. Richter M., Amusia M. Ya., Bobashev S. V., Feigl T., Juranizć P. N., Martins M., Sorokin A. A., Tiedtke K. Extreme Ultraviolet Laser Excites Atomic Giant Resonance // Phys. Rev. Let., 2009. vol. 102, no. 16, 163002. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.163002.
  9. Farrell J. P., Petretti S., Förster J., McFarland B. K., Spector L. S., Vanne Y. V., Decleva P., Bucksbaum P. H., Saenz A., Gühr M. Strong Field Ionization to Multiple Electronic States in Water // Phys. Rev. Let., 2011. vol. 107, no. 8, 083001, arXiv: 1103.4423 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.107.083001.
  10. Goodsell A., Ristroph T., Golovchenko J. A., Hau L. V. Field Ionization of Cold Atoms near the Wall of a Single Carbon Nanotube // Phys. Rev. Let., 2010. vol. 104, no. 13, 133002, arXiv: 1004.2644 [physics.atom-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.104.133002.
  11. Raynaud M., Kupersztych J. Ponderomotive effects in the femtosecond plasmon-assisted photoelectric effect in bulk metals: Evidence for coupling between surface and interface plasmons // Phys. Rev. B., 2007. vol. 76, no. 24, 241402(R). doi: 10.1103/PhysRevB.76.241402.
  12. Raynaud M., Kupersztych J. Anomalous Multiphoton Photoelectric Effect in Ultrashort Time Scales // Phys. Rev. Let., 2005. vol. 95, no. 14, 147401. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.147401.
  13. Zhdanovich S., Bloomquist C., Floß J., Averbukh I. Sh., Hepburn J. W., Milner V. Quantum Resonances in Selective Rotational Excitation of Molecules with a Sequence of Ultrashort Laser Pulses // Phys. Rev. Lett., 2012. vol. 109, no. 4, 043003, arXiv: 1201.3151 [quant-ph]. doi: 10.1103/PhysRevLett.109.043003.
  14. Floß J., Fishman Shm., Averbukh I. Sh. Anderson localization in laser-kicked molecules // Phys. Rev. A, 2013. vol. 88, no. 2, 023426. doi: 10.1103/PhysRevA.88.023426.
  15. Floß J., Averbukh I. Sh. Quantum resonance, Anderson localization, and selective manipulations in molecular mixtures by ultrashort laser pulse // Phys. Rev. A, 2013. vol. 86, no. 2, 021401(R), arXiv: 1110.3509 [quant-ph]. doi: 10.1103/PhysRevA.86.021401.
  16. Feynman R. P., Hibbs A. R. Quantum Mechanics and Path Integrals. New York: McGrawHill, 1965.
  17. Бирюков А. А., Шлеенков М. А. Вычисление вероятностей переходов квантовой системы путем интегрирования вещественных функционалов // Теоретическая физика, 2012. Т. 13. С. 8-42.
  18. Biryukov A., Shleenkov M. Path integral approach to the problem of rotational excitation of molecules by an ultrashort laser pulses sequence, 2014. 6 pp., arXiv: 1407.3893 [quant-ph]
  19. Scully M. O., Zubairy M. S. Quantum Optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1997. xxii+630 pp.. doi: 10.1017/CBO9780511813993
  20. Ryazanov G. V. Quantum-mechanical probability as a sum over path // JETP, 1958. vol. 35, no. 1. pp. 121-131.
  21. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 3: Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Наука, 1989. 786 с.
  22. Irikura K. Experimental Vibrational Zero-Point Energies: Diatomic Molecules // J. Phys. Chem. Ref. Data, 2007. vol. 36, no. 2. pp. 389-397. doi: 10.1063/1.2436891.
  23. NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database / ed. Russell D. Johnson III, Release 16a, August 2013, http://cccbdb.nist.gov.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2015

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).