Dynamical localization in driven helium: = Dynamische Lokalisierung in getriebenem Helium

Medientyp: E-Book; Hochschulschrift

Titel: Dynamical localization in driven helium

Weitere Titel: Dynamische Lokalisierung in getriebenem Helium

Beteiligte: Jörder, Felix [Verfasser]; Buchleitner, Andreas [Akademischer Betreuer]

Erschienen: Freiburg: Universität, 2015

Umfang: Online-Ressource

Sprache: Englisch

DOI: 10.6094/UNIFR/10205

Identifikator:

Schlagwörter: Anderson-Lokalisation ; Fotoionisation ; Autoionisation ; Dreikörperproblem ; Chaotisches System ; (local)doctoralThesis ; Hochschulschrift

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, 2015

Anmerkungen:

Beschreibung: Zusammenfassung: Die vorliegende Arbeit enthält eine umfassende Einführung in die Quantenmechanik zerfallender Systeme, die entweder autoionisieren oder in Wechselwirkung mit einem externen, zeitlich veränderlichen Feld zerfallen. Das Verfahren der komplexen Rotation des Hamiltonoperators ermöglicht den direkten Zugang zum Energiespektrum solcher Systeme, aus welchem sich die Energien und Ionisationsraten der Resonanzzustände extrahieren lassen. Wir stellen den Zeitentwicklungsoperator mithilfe der komplex rotierten Eigenzustände dar und analysieren seine Wirkung auf anfangs gebundene, quadratintegrable Zustände, sowie nicht normierbare Resonanzzustände zu komplexen Energien und Wellenpakete frei beweglicher Teilchen.Das Heliumatom ist das wohl einfachste real existierende autoionisierende System, besitzt aber die relevanten Eigenschaften komplexer zerfallender Systeme. Der Phasenraum weist sowohl stark chaotische als auch reguläre Gebiete und eine Vielzahl an Zerfallskanälen auf. Wir untersuchen die Quantenmechanik der kollinearen eZe- und Zee-Konfigurationen, in denen sich gegensätzliche Spielarten der dreidimensionalen klassischen Dynamik widerspiegeln. Wir zeigen, dass die vollständig chaotische klassische Dynamik der eZe-Konfiguration, mit dem Atomkern zwischen den beiden Elektronen, mit einem raschen Zerfall der Quantenzustände einhergeht, ausgelöst durch die Dreifachkollision beider Elektronen mit dem Kern. Im Gegensatz dazu stabilisiert die adiabatische Entkopplung der Bewegungen des inneren und äußeren Elektrons die Zee-Konfiguration, mit beiden Elektronen auf einer Seite des Kerns, gegen Autoionisation. Wie eine präzise semiklassische Beschreibung zeigt, ist die klassische Dynamik der Zee-Konfiguration nahezu integrabel.Dynamische (Anderson-) Lokalisierung hemmt die elektronische Anregung atomarer Systeme im elektromagnetischen Feld. Wir weisen Lokalisierung in Zee-Helium anhand verminderter Photoionisation durch ein Mikrowellenfeld nach. In Gegenwart rascher Autoionisation in eZe-Rydbergatomen machen wir dynamische Lokalisierung direkt durch das exponentiell abfallende Anregungsprofil im Energieraum sichtbar. Wir verändern die Stärke der Coulomb-Abstoßung und die anfängliche Anregung der beiden Elektronen, um den Einfluss der Wechselwirkung der Teilchen auf den Lokalisierungsprozess zu untersuchen. Dies stellt eine Fragestellung von grundlegendem Interesse in der AMO-Physik ebenso wie in der Physik der kondensierten Materie dar. Wir geben eine quantitative Erklärung für der Abschwächung des Lokalisierungseffekts durch die Coulombwechselwirkung und erörtern das Skalierungsverhalten der Lokalisierungslänge mit der Wechselwirkungsstärke und mit der Intensität des treibenden Feldes

Zusammenfassung: The thesis provides a comprehensive introduction to the quantum mechanics of decaying systems, which either autoionize or decay due to their interaction with an external time-dependent field. The complex rotation method provides direct access to the energy spectrum of both types of systems, from which we extract resonance energies and ionization rates. We express the time evolution operator in terms of the complex rotated eigenstates and analyze its action onto initially bound, square integrable states, as well as onto non-normalizable resonance states with complex energy and wavepackets of freely moving particles.The helium atom, which is probably the simplest autoionizing system realized in nature, exhibits all prominent features of complex decaying systems, such as strong chaos, regular regions in phase space and decay into multiple continua. We analyze the quantum mechanics of the collinear eZe and Zee configurations, which account for opposite types of the classical motion realized in the three-dimensional system. We show that the fully chaotic classical dynamics of the eZe configuration, with the nucleus between the electrons, induces fast autoionization of the quantum states, triggered by the triple collision of both electrons with the nucleus. In contrast, the adiabatic separation of the motions of the inner and outer electron stabilizes the Zee configuration against autoionization. The accuracy of the atomic energy levels obtained from a semiclassical approach shows that the Zee dynamics is nearly integrable.The electronic excitation of atomic systems exposed to an electromagnetic field may be hampered by dynamical (Anderson) localization. We detect localization in microwave-driven Zee helium due to the suppression of field-induced ionization. In the presence of fast autoionization in eZe Rydberg atoms, we directly monitor the exponential suppression of the field-induced excitation process in energy space due to dynamical localization. By tuning the electron-electron Coulomb repulsion and the initial excitation of both electrons, we investigate the impact of particle-particle interactions on localization, which is a problem of great common interest, not only in AMO but also in condensed matter physics. We explain quantitatively the weakening of localization due to the Coulomb interaction, and establish a scaling law which connects the localization length with the interaction strength and the intensity of the driving field

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