赤外線レーザーの付加による原子・分子高速過程の制御の理論研究

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24540421
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: トン ショウミン 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80422210)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 強レーザー / 中赤外線 / 電離過程 / スーパーコンピューター

研究実績の概要

１．平成２６年度の研究実施計画の通り、先ず、中赤外線における原子電離過程について、計算コードを本科研費で購入したGPUワークステーションで開発して、筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピューターHAPACSで計算できた。その計算コードを利用して、波長より長い3100nm中Ar原子電離電離の超低エネルギーの異常分布の物理原因はRydberg状態の起用ということが明らかになった。この研究はヨッローパの研究グループと共同研究で、研究結果はPhysical Review A に２件発表された。
２．ウィーン工科大学と筑波大学の研究者と共同研究で、実空間、実時間の時間依存密度汎関数法を利用して、大規模な数値計算で強レーザー中絶縁体SiO2 を瞬間的（フェト秒範囲内）に導体になるという現象が確認された。この現象を利用して、物質の導電性を加えた超短レーザーパルースにより、短時間内制御可能ということが明らかになった。研究結果は物理分野有名な雑誌Physical Review Letters に搭載された。
３．超短パルース（４fs）強レーザーにおける重水素分子解離の非対称性について、大規模な計算をやって、非対称性に対した、制御しやすい強度を見つかった。この強度が存在するということをドイツの実験グループに提案して、実験でこの現象が確認された。研究結果はJournal of Physics Bに発表された。
４．実験で２色円偏光レーザー場中Ar原子電離電子が観測された。その電子運動量の分布は時のように２色レーザーの時間遅延によって、ぐるぐるする。その電子運動量分布解明のために、数値計算を行った。計算中でてくる電子と親イオン間のクーロン考慮するかどうかと比べて、低エネルギーの起用はクーロン相互作用と明らかになった。アメリカColorado大学の実験グループ共同研究で研究結果はPhysical Review A ― Rapid Communicationに発表された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

（１）筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピューターHAPACSの利用
注：本科研費で購入したGPUワークステーションと　HAPACSの構造は同じなので、GPUワークステーションの計算コードはスーパーコンピューターHAPACSで直接走れる。
（２）国際の共同研究者の共同研究で最新情報の把握。

今後の研究の推進方策

（１）FFTを利用して、新時間依存密度汎関数計算法を直接最新の計算加速器で（MICと呼ばれる）開発。
（２）２色楕円偏向強レーザー中原子電離過程のメカニズムを解明する。その上に、２色レーザーの時間遅延で電離電子運動量分布の制御方法を探索する。
（３）大規模の計算で２色レーザーにおける重水素解離過程の非対称性と時間遅延の関係を解明する。

研究成果

• [雑誌論文] `Strong-field ionization with two-color circularly polarized laser fields (2015)
  • 著者名/発表者名: C Mancuso, DD Hickstein, P Grychtol, R Knut, O Kfir, XM Tong, F Dollar, D Zusin, M Gopalakrishnan, C Gentry, E Turgut, JL Ellis, MC Chen, A Fleischer, O Cohen, HC Kapteyn, and MM Murnane
  • 雑誌名: Physical Review A -- Rapid Communications 巻: 91 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.91.031402
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of very-low-energy states crossing the ionization threshold of argon atoms in strong mid-infrared fields (2014)
  • 著者名/発表者名: B Wolter,C Lemell, M Baudisch, MG Pullen, XM Tong, M Hemmer, A Senftleben, CD Schroter, J Ullrich, R Moshammer, J Biegert, and J Burgdorfer
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 90 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.90.063424
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic-number dependence of the magnetic-sublevel population in the autoionization state formed in dielectronic recombination (2014)
  • 著者名/発表者名: ZM Hu, YM Li, XY Han, D Kato, XM Tong, H Watanabe and N Nakamura
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 90 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.90.062702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rydberg states in strong field ionization of hydrogen by 800, 1200 and 1600 nm lasers (2014)
  • 著者名/発表者名: QG Li, XM Tong, T Morishita, C Jin, H Wei and CD Lin,
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 47 ページ: --
  • DOI: 10.1088/0953-4075/47/20/204019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ab initio Simulation of Electrical Currents Induced by Utrafast Laser Excitation of Dielectric Materials (2014)
  • 著者名/発表者名: G Wachter, C Lemell, J Burdgorfer, SA Sato, XM Tong and K Yabana
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 113 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.087401
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intensity dependence of the attosecond control of the dissociative ionization of D2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H Li, AS Alnaser, XM Tong, KJ Betsch, M Kubel, T Pischke, B Forg, J Schotz, F Sumann, S Zherebtsov, A Kessel, S Trushin, A Azzeer, and MF Kling
  • 雑誌名: Journal of Physics B 巻: 47 ページ: --
  • DOI: doi:10.1088/0953-4075/47/12/124020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interference of electron wave packets in atomic ionization by subcycle sculpted laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: DA Arbo, S Nagele, XM Tong, XH Xie and M Kitzler, J Burgdorfer,
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 89 ページ: --
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.89.043414
  • 査読あり