Doble ionización

La doble ionización es un proceso de formación de iones doblemente cargados cuando se ejerce una radiación láser sobre átomos o moléculas neutros. La doble ionización suele ser menos probable que la ionización de un solo electrón . Se distinguen dos tipos de doble ionización: secuencial y no secuencial.

La doble ionización secuencial es un proceso de formación de iones doblemente cargados que consiste en dos eventos de ionización de un solo electrón: el primer electrón se elimina de un átomo/molécula neutro (dejando un ion con una sola carga en el estado fundamental o en un estado excitado ) seguido del desprendimiento del segundo electrón del ion. ^[1]

La doble ionización no secuencial es un proceso cuyo mecanismo difiere (en algunos detalles) del secuencial. Por ejemplo, ambos electrones abandonan el sistema simultáneamente (como en los átomos de tierras alcalinas, véase más adelante), la liberación del segundo electrón es asistida por el primero (como en los átomos de gases nobles, véase más adelante), etc.

El fenómeno de la doble ionización no secuencial fue descubierto experimentalmente por Suran y Zapesochny para átomos de tierras alcalinas ya en 1975. ^[2] A pesar de los estudios exhaustivos, los detalles de la doble ionización en átomos de tierras alcalinas siguen siendo desconocidos. Se supone que la doble ionización en este caso se realiza por transiciones de ambos electrones a través del espectro de estados atómicos autoionizantes , ubicados entre el primer y el segundo potenciales de ionización . ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]}

En el caso de los átomos de gases nobles , la ionización doble no secuencial fue observada por primera vez por L'Huillier . ^{[9] [10]}   El interés por este fenómeno creció rápidamente después de que se redescubriera ^{[11] [12]} en campos infrarrojos y para intensidades más altas. También se ha observado ionización múltiple. ^{[13] [14]}   El mecanismo de ionización doble no secuencial en átomos de gases nobles difiere del de los átomos de tierras alcalinas. En el caso de los átomos de gases nobles en campos láser infrarrojos, tras la ionización de un electrón, el electrón liberado puede volver a colisionar con el ion original. ^{[15] [16]} Este electrón actúa como una "antena atómica", ^[16] absorbiendo la energía del campo láser entre la ionización y la recolisión y depositándola en el ion original. La dispersión inelástica en el ion original da como resultado una mayor excitación por colisión y/o ionización. Este mecanismo se conoce como el modelo de tres pasos de doble ionización no secuencial, que también está estrechamente relacionado con el modelo de tres pasos de generación de altos armónicos .

La dinámica de la doble ionización dentro del modelo de tres pasos depende en gran medida de la intensidad del campo láser. La energía máxima (en unidades atómicas ) obtenida por el electrón que retrocede del campo láser es , ^[15] donde es la energía ponderomotriz , es la intensidad del campo láser y es la frecuencia del láser. Incluso cuando está muy por debajo del potencial de ionización, los experimentos han observado una ionización correlacionada. ^{[13] [14] [17] [18] [19]}   A diferencia del alto régimen ( ) ^{[20] [21] [22] [23]} en el bajo régimen ( ) la asistencia del campo láser durante la retrocolisión es vital. ${\displaystyle \sim 3.2U_{p}}$${\displaystyle U_{p}={\frac {F^{2}}{4\omega ^{2}}}}$${\estilo de visualización F}$${\estilo de visualización \omega}$${\estilo de visualización 3.2U_{p}}$ ${\displaystyle I_{p}}$${\displaystyle U_{p}}$${\displaystyle 3.2U_{p}>I_{p}}$${\displaystyle U_{p}}$${\displaystyle 3.2U_{p}<I_{p}}$

El análisis clásico y cuántico ^{[24] [25] [26]} del régimen bajo demuestra las siguientes dos formas de expulsión de electrones después de la recolisión: primero, los dos electrones pueden liberarse con poco retraso de tiempo en comparación con el cuarto de ciclo del campo láser de accionamiento. Segundo, el retraso de tiempo entre la expulsión del primer y el segundo electrón es del orden del cuarto de ciclo del campo de accionamiento. En estos dos casos, los electrones aparecen en diferentes cuadrantes del espectro correlacionado. Si después de la recolisión, los electrones son expulsados ​​​​casi simultáneamente, sus momentos paralelos tienen signos iguales y ambos electrones son impulsados ​​​​por el campo láser en la misma dirección hacia el detector ^[27] . Si después de la recolisión, los electrones son expulsados ​​​​con un retraso sustancial (cuarto de ciclo o más), terminan yendo en direcciones opuestas. Estos dos tipos de dinámica producen espectros correlacionados claramente diferentes (compare los resultados experimentales ^{[13] [14] [17] [18] [19]} con . ^{[22] [23]}${\displaystyle U_{p}}$

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