Ab initio strong-field physics and attosecond science for molecules

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00869
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Ishikawa Kenichi 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算

Outline of Final Research Achievements

We have numerically implemented the time-dependent multiconfiguration self-consistent field methods for first-principles calculations of intense field and attosecond phenomena induced in molecules irradiated by intense femtosecond laser pulses. First-principles calculations of electron-nuclear correlation dynamics in diatomic molecules have now become possible, and even nuclear motion is treated quantum mechanically to simulate molecular dissociation and isotope effects. In addition, we have developed the multiconfiguration time-dependent Hartree-Fock code using curvilinear coordinates, which has made it possible to calculate, for example, high-harmonic generation from acetylene molecules. Furthermore, the time-dependent complete-active-space self-consistent-field method has successfully been numerically implemented for diatomic molecules using prolate spheroidal coordinates.

Free Research Field

アト秒科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

「物質中の電子ダイナミクスの測定を可能にするアト秒パルス光を生成する実験手法の開発」に2023年のノーベル物理学賞が与えられ、アト秒パルスの応用における理論計算の果たす役割がますます期待されている。高強度場現象・アト秒現象では、たくさんの励起状態や空間的に広がったイオン化状態を取り扱う必要があり、電子は光との相互作用だけでなく他の電子とも相互作用を持つため、そのシミュレーションは大きな挑戦である。本研究の成果によって正確な第一原理計算が可能になり、実験だけでは分からない高強度場現象・アト秒現象のメカニズムを解明し、新しい実験をデザインする上での、強力な指針となることが期待される。