Впервые продемонстрировано нарушение симметрии электронной эмиссии в последовательной фотоионизации


Примерно 5 лет назад теоретиками ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ было предсказано нарушение симметрии электронной эмиссии при фотоионизации положительного иона в области вакуумного ультрафиолета. Обычно это явление происходит при более высоких энергиях фотонов и никогда не наблюдалось при фотоионизации положительно заряженных ионов. В эксперименте, проведенном международной группой на лазере на свободных электронах (ЛСЭ) FERMI (Триест, Италия) с участием ученых НИИЯФ это предсказание было подтверждено. Впервые продемонстрировано значительное нарушение симметрии электронной эмиссии в ионизированном газе. Эти результаты важны для многих исследований, в особенности проводимых на ЛСЭ. Результаты эксперимента опубликованы 5 ноября в журнале Nature Communications.

При поглощении света с достаточно малой длиной волны и достаточной интенсивности вещество испускает электроны. Этот процесс известен как фотоэффект и является важной основой многих экспериментов, которые исследуют электронную структуру атомов, молекул, твердых тел, динамику их взаимодействия с излучением и для приложений. Когда много фотонов падает на вещество в течение очень короткого промежутка времени электроны могут вылетать один за другим, давая больше информации о том, как свет и вещество взаимодействуют друг с другом. Появление ЛСЭ вызвало стремительный прогресс в спектроскопических исследованиях ионных мишеней. Как правило, полагается, что для фотонов с длинами волн намного превышающими размер поглощающего элемента вещества, взаимодействие между фотоном и электроном можно рассматривать, как дипольное взаимодействие. Однако для очень коротких длин волн и при выполнении некоторых других условий, это предположение перестает работать, и импульс фотона может искажать картину электронной эмиссии в направлении распространения излучения.

Международная исследовательская группа с участием ученых из НИИЯФ МГУ впервые экспериментально показала, что так называемые недипольные эффекты могут играть важную роль в последовательной эмиссии электронов даже на длинах волн, при которых эмиссию принято считать симметричной. Эффект наблюдался при последовательном испускании электронов из газа аргона при длине волны фотонов 25 нм. При этой конкретной длине волны недипольные эффекты усиливаются, что позволило продемонстрировать значительное нарушение симметрии эмиссии электронов для нейтрального и создаваемого в процессе эксперимента ионного вещества.

Выводы, опубликованные в Nature Communications, имеют серьезные последствия для будущих экспериментов по электронной эмиссии из атомов и молекул при высоких интенсивностях излучения, экспериментов с фемто- и пикосекудным разрешением по времени, приложениях в физике конденсированных сред, а также в астрофизических явлениях. Учет асимметрии электронной эмиссии может оказаться решающим для правильной интерпретации нескольких видов экспериментов, в частности, экспериментов по изучению в естественном масштабе времени диссоциации вещества на ионные фрагменты, с последующей их ионизацией.

Symmetry breakdown of electron emission in extreme ultraviolet photoionization of argon. 
M. Ilchen, G. Hartmann, E. V. Gryzlova, A. Achner, E. Allaria, A. Beckmann, M. Braune, J. Buck, C. Callegari, R. N. Coffee, R. Cucini, M. Danailov, A. De Fanis, A. Demidovich, E. Ferrari, P. Finetti, L. Glaser, A. Knie, A. O. Lindahl, O. Plekan, N. Mahne, T. Mazza, L. Raimondi, E. Roussel, F. Scholz, J. Seltmann, I. Shevchuk, C. Svetina, P. Walter, M. Zangrando, J. Viefhaus, A. N. Grum-Grzhimailo, M. Meyer Nature Communications 9, 4659 (2018).