Анотація до роботи:

Ігнатенко Г.В. Спектроскопія рідбергівських атомів у зовнішньому електромагнітному полі.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05-оптика і лазерна фізика.-Одеський національний університет ім. І. Мечникова Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2009.

Дисертація присвячена розробці нового методу опису енергетичних характеристик рідбер- гівських атомів в зовнішньому постійному електричному полі (DC-ефект Штарку), схрещених сталих електричному F і магнітному B полях, змінному електромагнітному полі довіль-

18

ної сили, що базується на операторній теорії збурень, методі комплексних координат, нерелятивістському одно-канальному методі квантового дефекту та алгоритмах теорії хаосу. Проведено розрахунок енергій і ширин штарківських резонансів у спектрах лужних рідбергівських атомів Na, K, Rb, Cs (та H) для різних рідбергівських станів з n=16-26 й різних напруженостей сталого електричного поля, докладне вивчення динаміки іонізації атомів Li, Rb

у рідбергівських станах з n=45-67 у мікрохвильовому полі при різних параметрах поля (амплітуді, частоті)з виявленням ефектів скейлінгу для енергій та ширин резонансів, режимів хаотичної іонізації та стабілізації. Значна частина даних отримана вперше і може бути використана в широкому колі застосувань в атомній оптиці, лазерній фізиці, астрофізиці тощо.

1.Вперше у спектроскопії багато електронних атомів у рідбергівських станах розвинений новий квантово-механічний підхід до розрахунку енергетичних характеристик атомів в зовнішньому постійному електричному полі (DC ефект Штарка) довільної сили, що базується на операторній ТЗ і нерелятивістському одно-канальному методі КД, і в його межах запропонована нова процедура розрахунку інтенсивностей штарківських компонент, що дозволяють визначати вперше з високою точністю відповідні характеристики РА у сильному зовнішньому полі.

2. У межах нового методу опису DC ефекту Штарку у РА виконано розрахунок енергій і ширин штарківських резонансів у лужних РА, зокрема, резонансів (nn₁n₂m) в РА Li при напруженості електричного поля e=2.1,2.5кВ/см (n=15,m= 0,1),в Na при e=3.59кВ/см, n₁=22-26 (n₂=0,1;m=0), в Rb при e=2.189, 6.416 кВ/см, n₁=18-23 (n₂=0-2;m=0). Порівняння отриманих теоретичних даних з наявними експериментальними даними, зокрема, для Li, а також для ряду станів Na, Rb продемонструвало досить добру точність опису шуканих резонансів, як правило, значно вищу, ніж в альтернативних підходах типа методу 1/n-розкладання, метод сумування рядів звичайної ТЗ, В-сплайнового підходу та ін. Значна частина даних для Na, Rb отримана вперше. Показано, що ефект гігантського змішування сильним полем станів різної парності з одним і тим же n, виявлений раніше в атомах лантанідів, практично є відсутнім для лужних РА.

3. Виконаний розрахунок і на його основі вперше отримані нові дані по енергіях і ширинах штарківських резонансів в РА K, Cs, зокрема, для резонансів в атомі К при напруженості поля e=3.59, n₁=21-25 (n₂=0,1; m=0,1) і в Сs при e= 2.25, 8.25 кВ/см, n₁=16-22 (n₂=0-2; m=0). Розрахунок показав істотну роль обліку КД для станів РА (особливо n₂=0,1). Виконана перевірка здійснимості скейлінга в залежностях приведених енергій e_cl() і ширин g_cl() як підпорогових, так і біля порогових резонансів від приведеної напруженості електричного

13

поля F= для різних лужних РА Na, K, Rb, Cs (та H), різних рідбергівських станів, F. Показано, що для енергій резонансів H, Na, K, Rb (ширин при F> 0.5) дійсно чітко спостерігається феномен скейлінгу, причому для K ефект виявлений вперше нами. Для важкого атома Cs скейлінг виявляється менш чітко, що є вказівкою на необхідність використання релятивістського наближення.

4.Розроблений новий підхід до визначення характеристик багато електронних РА у зовнішньому змінному електромагнітному полі, що базується на формалізмі КЕС, методі комплексних координат, операторній ТЗ і теорії КД (МП). Проблема зводиться до стаціонарної задачі на власні значення і власні вектори енергетичної матриці А, де власні стани є фактично резонансами розсіяння при комплексній енергії: ЕЕ-iГ/2. Діагоналізація А виконана вперше в теорії РА з використанням системи функцій задачі Штурма-Ліувілля в наближенні КД.

5. Виконано чисельне моделювання динаміки атома Н в рідбергівському стані у зовнішньому мікрохвильовому полі, розрахована залежність імовірності іонізації від частоти і амплітуди поля (F =0.025, 0.05, 1.0 ат.од.). у прийнятній згоді з даними моделюванні Кассаті методом класичної динаміки і Stony Brook- Pittsburg експериментом (частота w/2p=9.9 Ггц.). Вперше на основі методу варіацій Марка-Аронсона і методу кореляційного інтеграла (алгоритм Гроссбергера-Прокаччі) кількісно виявлені режими хаотичної іонізації, динамічній стабілізації для РА водню у полі.

6. Вперше виконано докладне вивчення динаміки іонізації атомів Li, Rb у рідбергівських станах (Li: n₀=45-67; Rb: n=58-62;) в мікрохвильовому полі з параметрами: F=(1.2-3.2)10^-9ат.од; w/2p=8.87Ггц, 15ГГц, 36 ГГц і розраховані залежності імовірності Р іонізації РА Li, Rb від F, значення квантового числа n₀, часу взаємодії «атом-поле». Велика частина даних отримана нами вперше. Для ряду n₀ (напр., n₀~ 63) мають місце локальні порушення плавного зростання Р, пов'язані з резонансним ускладненням структури спектру Флоке, посиленням ролі багато фотонних резонансів і ускладненням зв'язку між зв'язаними станами і континуумом. Порівняння теоретичних даних по пороговим значенням амплітуди поля F_10% (при якому має місце 10% іонізація атомів) з експериментальним даними, що є лише для деяких n₀ (Munich group для Rb: n₀>60, F=(1.2-3.2)10^-9ат.ед, w/2p=8.87 ГГц) і Virginia group для Li: n₀<42, w/2p= 15ГГц) показало в цілому фізично розумну згоду теорії і експерименту (невеликі відмінності пов'язані з обчислювальною погрішністю).Знайдено, що режим хаотичної іонізації у динаміці іонізації Li, Rb у мікрохвильовому полі при >0.38 (Li), w₀>0.31 (Rb) переходить у режим динамічної стабілізації.

7. Запропонований новий квантовий підхід до розрахунку енергетичних характеристик РА у

14

схрещених електричному F і магнітному B (статичних) полях, що базується на діагоналізації

матриці в операторній ТЗ з використанням системи функцій задачі Штурма-Ліувілля в наближенні КД. Вперше виконаний розрахунок енергетичних і статистичних характеристик РА Li у F^B полі з чітким виявленням квантового хаосу і показано, що густина власних значень енергії для різних значень F, B задовольняє розподілу Броді, який в окремих випадках переходить у розподіли Пуассона та Вігнера.

Публікації автора:

1. Glushkov A.V. Wannier-Mott excitons and atoms in a DC electric field: photoionization, Stark effect, resonances in the ionization continuum/ Glushkov A.V., Lepikh Ya.I., Fedchuk A.P., Ignatenko A.V., Khetselius O.Yu., Ambrosov S.V .// Sensor Electr. and Microsyst. Techn. (Ukraine).-2008.-N4.-P.5-11.

2. Glushkov A.V. DC strong field Stark effect for non-hydrogenic atoms: consistent quantum mechanical approach/ Glushkov A.V., Ambrosov S.V., Ignatenko A.V., Korchevsky D.A.// Int. Journal of Quantum Chem.-2004.-Vol.99,N5.-P.936-940.

3. Rusov V.D. Stochastic dynamics of the atomic systems in the crossed electric and magnetic

16

field: the rubidium atom recurrence spectra/ Rusov V.D., Glushkov A.V., Korchevsky D., Vaschenko V.N., Ignatenko A.V.//Вісник Київського унів-ту. Сер.фіз.-мат.–2004.-№4.-524-529.

4. Korchevsky D.A. Sensing stochasticity of atomic systems by analysis of recurrence spectra in an crossed DC magnetic and AC electric fields / Korchevsky D.A., Ignatenko A.V., Shpinareva I.M.// Sensor Electr. and Microsyst. Techn.-2005.-N1.-P.21-26.

5. Ambrosov S.V. Sensing stochasticity of atomic systems in crossed electric and magnetic fields by analysis of level statistics for continuous energy spectra/ Ambrosov S.V., Ignatenko А.V., Korchevsky D.A., Kozlovskaya V.P.//Sensor Electronics and Microsystems Technologies-2005.-N2.-P.19-23.

6. Ignatenko A.V. Optical bi-stability effect for multi-photon absorption in atomic ensembles in a strong laser field/ Ignatenko A.V., Prepelitsa G.P., Perelygina T.B., Buyadzhi V.V.// Photoelectronics.-2009.- N18.-P.71-76.

7. Ambrosov S. Wannier-Mott exciton and H, Rb atom in DC elecric field: Stark effect/ Ambrosov S., Khetselius O.Yu., Ignatenko A.V.// Photoelectronics.-2008.-N17.-P.84-87.

8. Ignatenko A.V. Probabilities of the radiative transitions between stark sublevels in spectrum of atom in an DC electric field: new approach/ Ignatenko A.V. //Photoelectronics.-2007.-N16.-P.71-74.

9. Ignatenko A.V. Multi-particle theory of photo-effect in Xe. Multi-photon absorption in molecules of O_3// Ignatenko A.V., Prepelitsa G.P., Kozlovskaya V.P.// Phooelectronics.-2005.- N14.-P.32-34.

10. Glushkov A.V. QED approach to modeling spectra of the multicharged ions in a plasma: Oscillator and electron-ion collision strengths/ Glushkov A.V., Ignatenko A.V., Khetselius O.Yu., Loboda A.V., Svinarenko A., Korchevsky D., Lovett L.// Spectral Line Shapes (AIP; USA).-2008.-Vol. 15.-P.175-177.

11. Ignatenko A.V. Chaotic phenomenon in a multi-wave ionization of non- Rydberg atoms/ Ignatenko A.V. //Proc.of the 2^nd International Conference on Chaotic Modeling and Simulation (CHAOS2009) .-Chania (Crete, Greece).-2009.-Sec.25.-P.7.

12. Glushkov A.V. Generation of ultra-short x-ray pulses in clusters for ionization by fms optical pulse/ Glushkov A.V., Khetselius O., Ignatenko A.V.// Proc. of 4^th Conf. on Elementary Processes in Atomic Systems.-Cluj-Napoca (Romania).-2008.-P.149.

13. Glushkov A.V. Auger effect in atoms and solids: calculation of the auger decay characteristics in solids and the valence auger-spectra for molecules adsorbed on surface/ Glushkov A.V., Gurnitskaya E.P., Ignatenko A.V., Nikola L.V.// Proc. of Int. Conference on Atomic Collisions in

17

Solids (ICACS), Berlin (Germany).-2006.-P.88.

14. Glushkov A.V. New quantum approach to atoms in electric and laser field / Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Ignatenko A.V.//Proc. Intern. Conference on Electron and Photon Impact ionization and Related Topics.- Louvain-la-Neuve (Belgium).- 2004.-P.56.

15. Glushkov A.V. Calculation of the Stark components intensities for non-H atoms: Operator perturbation theory/ Glushkov A.V., Ignatenko A.V.// Proc. the Ninth Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics.- Grenoble (France).-2004.-P.124.

16. Ignatenko A.V. Calculation of radiation transitions probabilities and Stark components intensities atoms in strong DC electric field/ Ignatenko A.V. //Proc. of VI International Conference Atomic and Molecular Pulsed Lasers.-Tomsk (Russia)-2003.-P. C8.

17. Malinovskaya S.V.Density functional approach to atoms and molecules in a strong dc electric and magnetic fields/ Malinovskaya S.V., Korchevsky D.A., Ignatenko A.V.// Proc. of 10^th Int. Congress on Applications of Density Functional Theory in Chemistry and Physics.- Brussels (Belgium).-2003.-P.98.

18. Ignatenko A.V. New approach to treating energy spectra of Rydberg atoms in crossed electric and magnetic fields and analysis of level statistics for Li continuous energy spectra / Ignatenko A.V. // Proc.8^th European Workshop “Quantum Systems in Chemistry and Physics”.- Spetses (Greece).-2003-P.141.

19. Ignatenko A.V. New approach to calculation of the tark resonances energies and widths in an electric field/ Ignatenko A.V., Khetselius O.Yu.// Proc.5^th European Workshop “Quantum Systems in Chemistry and Physics”.-Uppsala (Sweden).-2000.-P.137.

20. Glushkov A.V. Radiation transition probabilities for atoms in a strong DC electric field: New Approach/ Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Ignatenko A.V. // Proc. European Scientific Foundation REHE Workshop on “Spin-Orbit Coup-ling in Chemical Reactions”. –Torun (Poland).-1998.-P24.