２色円偏光強レーザー場における原子・分子電離過程の解明と制御

• 研究課題/領域番号: 16K05495
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: トン ショウミン 筑波大学, 計算科学研究センター, 准教授 (80422210)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 強レーザー場 / 原子励起と電離 / アト秒物理 / 楕円偏光 / 強レーザー / 原子電離 / 電離励起 / 時間依存密度汎関数 / 高速フーリエ変換 / 原子・分子 / 反陽子 / 衝突 / Poisson 方程式 / FFT / 原子・分子物理 / 擬ポテンシャル / 円偏光レーザー

研究成果の概要

強レーザー場における原子・分子、クラスターとナノ粒子に対して、FFTを利用して新時間依存密度汎関数計算方法を開発した。その計算方法に基づく大規模な数値計算で、水素分子や酸素分子の電離と解離過程を解明し、その理解の上に、強レーザー場で、動的過程の制御を提案した。さらに、円偏光アト秒レーザーを生成のために、２色円偏光強レーザー場中の原子過程を詳しく計算で、高次高調波の生成と関連の電離過程を解明した。特に、楕円偏光強レーザー場中原子の電離と励起二つの過程を統一の分析方法を開発した。たくさんの関係過程をこの方法で分析することになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は基礎研究である。学術意義について三の点から述べる。（１）計算方法の開発：より精度の良い時間依存密度汎関数の計算方法を開発し、強レーザーにおけるナノ粒子の動的過程を理論計算で調べることができる。（２）基礎過程の解明：理論計算で、強レーザー場の補助で水素分子や酸素分子X線での電離と解離のメカニズムを解明し、基礎の過程に対して、理解できる。（３）動的過程の制御：メカニズムの解明による、レーザーの強度やX―線との到着の時間遅延で電離と解離過程の制御ができることを明らかになった。

研究成果

• [国際共同研究] Institute of theoretical physics/Vienna Technology University(オーストリア)
• [国際共同研究] Australian Attosecond Science Facility/Griffith University(Australia)
• [雑誌論文] Observation of dynamic Stark resonances in strong-field excitation (2020)
  • 著者名/発表者名: Chetty D.、Glover R. D.、deHarak B. A.、Tong X. M.、Xu H.、Pauly T.、Smith N.、Hamilton K. R.、Bartschat K.、Ziegel J. P.、Douguet N.、Luiten A. N.、Light P. S.、Litvinyuk I. V.、Sang R. T.
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 101 号: 5 ページ: 053402-053402
  • DOI: 10.1103/physreva.101.053402
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of bound state coherences generated by optical attosecond pulses (2020)
  • 著者名/発表者名: W. C. Jiang, X. M. Tong, R. Pazourek, S. Nagele, and J. Burgdorfer
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 101 号: 5 ページ: 053435-053435
  • DOI: 10.1103/physreva.101.053435
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coulomb effect on the dynamics of atoms in a strong elliptical laser field: Unification of the excitation and ionization (2019)
  • 著者名/発表者名: Gao Xiang、Tong Xiao-Min
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 100 号: 6 ページ: 063424-063424
  • DOI: 10.1103/physreva.100.063424
  • NAID: 120007132708
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Roadmap on photonic, electronic and atomic collision physics: I. Light?matter interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kiyoshi、Sokell Emma、Schippers Stefan、Aumayr Friedrich、Sadeghpour Hossein、Burgdorfer Joachim、Lemell Christoph、Tong Xiao-Min、et al.,
  • 雑誌名: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 52 号: 17 ページ: 171001-171001
  • DOI: 10.1088/1361-6455/ab26d7
  • NAID: 120007132956
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photoelectron angular distribution of atoms in pulsed XUV and IR fields (2019)
  • 著者名/発表者名: Tong Xiao-Min
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 99 号: 4 ページ: 043422-043422
  • DOI: 10.1103/physreva.99.043422
  • NAID: 120007133532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attosecond coherent control of oxygen dissociation by XUV-IR laser fields using three-dimensional momentum imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Ranitovic P.、Sturm F. P.、Tong X. M.、Wright T. W.、Ray D.、Zalyubovskya I.、Shivaram N.、Belkacem A.、Slaughter D. S.、Weber Th.
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 98 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.98.013410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electron correlations in the antiproton energy-loss distribution in He (2018)
  • 著者名/発表者名: Borbely S.、Tong X.-M.、Nagele S.、Feist J.、Brezinov I.、Lackner F.、Nagy L.、Tokesi K.、Burgdorfer J.
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 98 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.98.012707
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Revealing the role of electron-electron correlations by mapping dissociation of highly excited D2+ using ultrashort XUV pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Martin L.、Bello R. Y.、Hogle C. W.、Palacios A.、Tong X. M.、Sanz-Vicario J. L.、Jahnke T.、Schoffler M.、Dorner R.、Weber Th.、Mart?n F.、Kapteyn H. C.、Murnane M. M.、Ranitovic P.
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 97 号: 6
  • DOI: 10.1103/physreva.97.062508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ab initio multiscale simulation of high-order harmonic generation in solids (2018)
  • 著者名/発表者名: Isabella Floss, Christoph Lemell, Georg Wachter, Valerie Smejkal, Shunsuke A. Sato, Xiao-Min Tong, Kazuhiro Yabana, and Joachim Burgdorfer
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 97 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.97.011401
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transition from nonsequential to sequential double ionization in many-electron systems (2017)
  • 著者名/発表者名: M. G. Pullen, B. Wolter, X. Wang, X. M. Tong, M. Sclafani, M. Baudisch, H. Pires, C. D. Schroter, J. Ullrich, T. Pfeifer, R. Moshammer, J. H. Eberly, and J. Biegert
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 96 号: 3
  • DOI: 10.1103/physreva.96.033401
  • NAID: 120007134847
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sub-cycle directional control of the dissociative ionization of H2 in tailored femtosecond laser fields (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Li, X. Gong, K. Lin, R. de Vivie-Riedle, X.M. Tong, J. Wu, and M.F. Kling
  • 雑誌名: J. Phys. B 巻: 50 号: 17 ページ: 172001-172001
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa8243
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A three-dimensional time-dependent Schrodinger equation solver: An application to hydrogen atoms in an elliptical laser field (2017)
  • 著者名/発表者名: X. M. Tong
  • 雑誌名: J. Phys. B 巻: 50 号: 14 ページ: 144004-144004
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa77a0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of strong-field ionization in two-color circularly polarized laser fields via photon-spin control (2017)
  • 著者名/発表者名: C. A. Mancuso, K. M. Dorney, D. D. Hickstein, J. L. Chaloupka, X. M. Tong, J. L. Ellis, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 95 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreva.95.012501
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The interaction of excited atoms and few-cycle laser pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: J. E. Calvert, Han Xu, A. J. Palmer, R. D. Glover, D. E. Laban, X. M. Tong, A. S. Kheifets, K. Bartschat, I. V. Litvinyuk, D. Kielpinksi, and R. T. Sang
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep34101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Abnormal photoelectron angular distribution of Ar atoms in pulsed XUV and IR laser fields (2019)
  • 著者名/発表者名: XM Tong and N Toshima
  • 学会等名: XXXI International Conference on photonic, electronic and atomic collision, July 23-30, 2019 Deauville, France
  • 国際学会
• [学会発表] Photoabsorption of atoms in a strong elliptical laser field (2019)
  • 著者名/発表者名: X Gao and XM Tong
  • 学会等名: XXXI International Conference on photonic, electronic and atomic collision, July 23-30, 2019 Deauville, France
  • 国際学会
• [学会発表] Energy loss of p and p in He: electron correlation effects (2019)
  • 著者名/発表者名: S Borbely, XM Tong, S Nagele, J Feist, I Brezinova, F Lackner, L Nagy, K Tokesi and J Burgdorfe
  • 学会等名: XXXI International Conference on photonic, electronic and atomic collision, July 23-30, 2019 Deauville, France
  • 国際学会
• [学会発表] Comparing the performance of time-dependent-Schrodinger-equation solvers for the 800-nm, one-electron-atom, strong-field problem (2018)
  • 著者名/発表者名: BD Esry, ..., XM Tong, J Svensmark
  • 学会等名: 49th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics
• [学会発表] Ionization of Atoms and Di-Atomic Molecules in Two Color Circularly Polarized Intense Laser Fields (2018)
  • 著者名/発表者名: X. M Tong
  • 学会等名: The 10th Asian Symposium on Intense Laser Science, Mar. 10~13, 2018, American University of Sharjah, United Arab Emirates
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant Resonances in Atoms (2017)
  • 著者名/発表者名: X. M. Tong
  • 学会等名: シンポジウム「原子過程科学の歩みと将来」 Sept. 10, 2017, 上智大学四谷キャンパス
• [学会発表] A new FFT based TDDFT method for an isolated system in strong field (2017)
  • 著者名/発表者名: X. M. Tong
  • 学会等名: Physical Chemistry Colloquium 2017 Sept. 19~20, 2017, Tohoku University, Sendai, Japan
• [学会発表] Simulation of High Harmonic Generation in Solids (2017)
  • 著者名/発表者名: I Floss, G Wachter, C Lemell, S Sato, XM Tong, K Yabana, J Burgdorfer
  • 学会等名: XXX International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, July 26~ Aug. 1, 2017, Cairns, Australia
  • 国際学会
• [学会発表] Energy straggling cross section for antiproton-atom collisions (2017)
  • 著者名/発表者名: XM Tong, S Borbely, I Brezinova, F Lackner, S Nagele, J Feist, L Nagy,K Tokesi, N Toshima, J Burgdorfer
  • 学会等名: XXX International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, July 26 -- Aug. 1, 2017, Cairns, Australia
  • 国際学会
• [学会発表] A New FFT based TDDFT method for isolated systems in strong field (2017)
  • 著者名/発表者名: X. M. Tong
  • 学会等名: 2nd International Conference on Matter and Radiation at Extremes, June 26-30, 2017, Beijing, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strong Field Ionization of N2 Molecules in Two-Colour Circularly Polarized Laser Field (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiao-Min Tong, Nobuyuki Toshima
  • 学会等名: 12th European Conference on Atoms Molecules and Photons
  • 発表場所: Frankfurt, Germany
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会