Интенсивный световой импульс, взаимодействующий со слабосвязанным ван-дер-ваальсовым кластером, состоящим из тысяч атомов, может в конечном итоге привести к взрыву кластера и его полному разрушению. Во время этого процесса возникают новые механизмы ионизации, которые не наблюдаются в атомах. С помощью достаточно интенсивного светового импульса из атомов удаляется множество электронов, которые могут перемещаться внутри кластера, где они образуют плазму с ионами нанометрового масштаба, так называемую наноплазму.
Из-за столкновений между электронами некоторые из них могут в конечном итоге получить достаточно энергии, чтобы покинуть кластер. Однако большая часть электронов останется в кластере. Теоретически было предсказано, что электроны и ионы в наноплазме рекомбинируют с образованием ридберговских атомов, однако экспериментальное доказательство этой гипотезы все еще отсутствует.
Предыдущие эксперименты проводились на крупномасштабных объектах, таких как лазеры на свободных электронах, которые имеют размеры от нескольких сотен метров до нескольких километров, показывая уже удивительные результаты, такие как образование очень высоких зарядовых состояний, когда интенсивный импульс XUV взаимодействует с кластером. Однако доступ к таким источникам сильно ограничен, а условия эксперимента чрезвычайно сложны. Поэтому наличие интенсивных световых импульсов в крайнем ультрафиолетовом диапазоне от альтернативного источника важно для лучшего понимания различных процессов, происходящих в кластерах и других расширенных системах, таких как биомолекулы, подвергающиеся воздействию интенсивных XUV-импульсов.Ученые из Института Макса Борна разработали новый источник света, основанный на процессе генерации гармоник высокого порядка.
В эксперименте интенсивный импульс в крайнем ультрафиолетовом диапазоне длительностью 15 фс (1 фс = 10-15 с) взаимодействовал с кластерами, состоящими из атомов аргона или ксенона. В текущем выпуске Physical Review Letters Бернд Шютте, Марк Враккинг и Арно Рузи представляют результаты этих исследований, которые очень хорошо согласуются с ранее полученными результатами, полученными с помощью лазеров на свободных электронах: образование наноплазмы предполагалось путем измерения Распределение кинетической энергии электронов, образованных в процессе ионизации кластера, с характерным плато вплоть до максимальной кинетической энергии, определяемой кинетической энергией в результате фотоионизации отдельного атома.В сотрудничестве с теоретиками Матиасом Арбайтером и Томасом Феннелем из Университета Ростока удалось численно смоделировать процессы ионизации в кластере и воспроизвести экспериментальные результаты. Кроме того, с помощью техники построения изображения карты скоростей было обнаружено еще не обнаруженное распределение очень медленных электронов, что объясняет образование высоколежащих ридберговских атомов процессами электрон-ионной рекомбинации во время расширения кластера.
Поскольку энергии связи электронов очень малы, электрическое поле детектора постоянного тока, используемое в эксперименте, было достаточно сильным, чтобы ионизировать эти ридберговские атомы, что привело к испусканию электронов с низкой энергией. Этот процесс также известен как фрустрированная рекомбинация и впервые может быть подтвержден экспериментально.Текущие результаты могут также объяснить, почему в недавних экспериментах с использованием интенсивных рентгеновских импульсов в кластерах наблюдались состояния с высоким зарядом вплоть до Xe26 +, хотя ожидается, что будет иметь место большое количество процессов рекомбинации.
Кроме того, возможность проведения такого типа экспериментов с источником гармоник высокого порядка позволяет в будущем проводить эксперименты с накачкой-зондом в кластерах и других расширенных системах с временным разрешением вплоть до аттосекундного диапазона.