Китайские физики исследовали туннельную фотоионизацию молекулы азота методом фотоэлектронной голографии, чтобы извлечь информацию об области молекулы, из которой электрон проникает в потенциальный барьер. Они выяснили, что для молекулы, ориентированной вдоль направления поляризации мощного лазерного поля, эта точка отстоит от ее середины на расстоянии 95±21 пикометров.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Понимание процесса фотоионизации сильно изменилось с момента открытия и объяснения фотоэффекта, послужившего стартовой точкой в наших представлениях о корпускулярной природе света. Существенную роль в этой эволюции отведена прогрессу в экспериментальной оптике. Доступ к мощным лазерам помог подтвердить гипотезу о том, что механизмы фотоионизации могут существенно различаться.

Традиционно отрыв электрона рассматривали как процесс его возбуждения в континуум за счет поглощения одного или нескольких квантов света. Однако высокая интенсивность света подразумевает большую напряженность электрического поля, приложенную к атому или молекуле. Это приводит к деформации его потенциала. Чем больше интенсивность, тем сильнее деформация, и, начиная с некоторого ее порога, становится возможным туннелирование электрона за пределы ядерного притяжения.

Со временем стало понятно, что то, каким образом происходит туннелирование электрона, будет определять его последующую динамику. Измеряя ее параметры, физики выяснили, в каком месте молекулы электрон выходит из барьера, получили его импульсное и фазовое распределение и даже смогли оценить время, затрачиваемое им на туннелирование.

Однако во всех предыдущих исследованиях игнорировалось влияние деформации волновой функции электрона под действием таких сильных потенциалов. Этот эффект особенно важен для фотоионизации молекул, где его можно охарактеризовать с помощью положения фотоэмиссии — координаты в пространстве, отсчитываемой от середины молекулы.

Ненулевое положение фотоэмиссии можно трактовать так, что электрон находится в среднем ближе к барьеру, чем принято считать. Это должно влиять на фазовые свойства вылетающих электронов, но до недавнего времени никто не измерял этот эффект.

Это впервые удалось сделать группе китайских физиков при участии Минь Ли (Min Li) из Хуачжунского университета науки и технологии.