First-principles simulations of molecules in intense laser fields

强激光场中分子的第一性原理模拟

基本信息

批准号：
18F18011
负责人：
石川顕一
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2018年のノーベル物理学賞の受賞対象となったチャープパルス増幅の発明によって高強度のフェムト秒レーザーパルスが実現された。ノーベル物理学賞選考委員会は、その主要な応用の第一に「高強度場物理とアト秒科学」を挙げている。私の研究室では、これをさらに発展させるべく、高強度レーザーパルス中の原子・分子の振る舞いを理論計算するために、様々な第一原理計算手法を開発してきている。本研究では、高強度レーザー場中で、分子がイオン化し解離（クーロン爆発）する現象を研究した。我々が開発した完全に一般的な時間依存多配置自己無撞着場法を用いて、高強度レーザーパルスで照射された水素分子の挙動を第一原理計算した。この手法では、多電子系に対する時間依存多配置自己無撞着場理論を一般化して、電子軌道と原子核の軌道関数を準備し、全波動関数を粒子配置関数の重ねあわせとして表す。その結果得られた核間距離の時間発展を見ると、1陽子軌道1電子配置の場合（核-電子相関が考慮されていない場合）には励起された分子の振動しか見られないが、4陽子軌道16電子配置の場合（核-電子相関が考慮されている場合）には、それに加えて、イオン化した後に陽子同士がクーロン反発で解離するクーロン爆発が見られ、実験と整合した正しい計算が出来ていることが分かった。原子核の質量は電子の質量よりもはるかに大きいため、通常は古典力学的に取り扱われたりボルン・オッペンハイマー近似（電子と原子核の運動を分離して、それぞれの運動を表す近似法）が使われたりするが、上記の複雑な過程を正しく記述するにはそれらを超えた理論が必要であった。本研究の成果はそれを可能にした。

高强度飞秒激光脉冲是通过发明Chirp脉冲放大而获得的，该脉冲放大获得了2018年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学选拔奖委员会将“高强度现场物理和Attosend Science”视为其主要应用。为了进一步发展这一点，我的实验室已经开发了各种第一原理计算方法，以理论计算高强度激光脉冲中原子和分子的行为。在这项研究中，我们研究了高强度激光场中分子电离和解离（库仑爆炸）的现象。使用美国开发的完全依赖时间依赖性的多种构型自一个良好场方法，对用高强度激光脉冲辐照的氢分子的行为进行了第一原理计算。在这项技术中，对多电源系统的时间依赖性的多配置自洽场理论进行了推广，以制备电子轨道和核的轨道函数，并且全波函数表示为粒子布局函数的重叠。 Looking at the time evolution of the internuclear distances obtained, we can see only the vibrations of excited molecules in the case of a one-proton orbital one-electron configuration (where nuclear-electron correlation is not considered), but in the case of a four-proton orbital 16-electron configuration (where nuclear-electron correlation is considered), we can see that Coulomb explosion in which protons dissociate with电离后的库仑排斥，我们可以看到正确的计算与实验一致。由于原子核的质量比电子的质量大得多，因此通常对其进行经典处理和Born-oppenheimer近似（一种将电子和核分开以代表每种运动的近似方法）的近似（一种近似方法），但是除了在上面提到的复杂过程中，所需的理论是必需的理论。这项研究的结果使这成为可能。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Time-Dependent Many-Electron Wavefunction-Based Methods for Atoms and Molecules in Intense Laser Fields

强激光场中原子和分子的基于时间依赖性多电子波函数的方法

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
織茂悠貴;佐藤健;石川顕一;Kenichi L. Ishikawa
通讯作者：
Kenichi L. Ishikawa

Revealing dynamical electron correlation in high harmonic generation of alkali atoms

揭示碱原子高次谐波产生中的动态电子相关性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yang Li;Takeshi Sato;Kenichi L. Ishikawa
通讯作者：
Kenichi L. Ishikawa

Dynamical Elecron Correlation in High Harmonic Generation of Alkali Atoms

碱原子高次谐波产生中的动态电子相关性

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yang Li;Takeshi Sato;and Kenichi L. Ishikawa
通讯作者：
and Kenichi L. Ishikawa

東京大学大学院工学系研究科石川研究室

东京大学大学院工学研究科石川实验室

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Dynamical multielectron correlation in high harmonic generation

高次谐波产生中的动态多电子关联

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yang Li;Takeshi Sato;Kenichi L. Ishikawa
通讯作者：
Kenichi L. Ishikawa

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
前山拓哉;福西暢尚;石川顕一;福田茂一
通讯作者：
福田茂一

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DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
織茂悠貴;佐藤健;石川顕一;Kenichi L. Ishikawa;Kenichi Ishikawa;Kenichi L. Ishikawa;Takeshi Sato;Takeshi Sato;Takeshi Sato;佐藤　健
通讯作者：
佐藤　健