Developing electron-dynamics imaging methods by laser-tunneling electron momentum measurements

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00887
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hishikawa Akiyoshi 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (50262100)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森下 亨 電気通信大学, 量子科学研究センター, 教授 (20313405)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トンネルイオン化 / 強レーザー場 / 分子座標系電子運動量分布 / 電子ーイオンコインシデンス計測 / 電子ダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

To understand tunneling ionization of molecules, an electron-ion coincidence measurement system using a high-repetition rate laser was constructed. It was shown that the characteristics of the highest-occupied molecular orbital (HOMO) of hydrogen molecule can be read out from the three-dimensional torus-like structure of tunneling electrons in the molecular frame. On the other hand, the application to tetrafluoromethane revealed that the recoil-frame angular distribution has a dependence of the helicity of the circularly polarized laser fields, due to the correlation between ionization and dissociation. A new method utilizing an auxiliary dissociation pulse was developed to disentangle the correlation, and applied successfully to oxygen molecule. In addition, adiabatic theory for diatomic molecules incorporating the molecular vibration was developed.

Free Research Field

レーザー物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，強レーザー場トンネルイオン化によって生成した電子の分子座標系分布の迅速計測を実現し，2原子分子や多原子分子についてトンネル電子運動量から，最外殻電子の情報がどのように読み取れるかを明らかにした。またそこで見出されたイオン化と解離の相関に由来する問題を解決するための，新たな手法の開拓を行った。分子の性質を司る重要な役割を担う，弱く束縛された電子を可視化することは分子の反応や機能を理解する上で重要である。本研究での結果は，電子のダイナミクスを複雑な解析を経ることなく可視化するための手法としてのトンネルイオン化イメージングの基盤を構築する上で重要な成果である。