Emission and control of electrons from atomic and solid state systems by electromagnetic pulses  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81364
Type K
Principal investigator Benedict, Mihály
Title in Hungarian Elektromágneses impulzusokkal kiváltott és kontrollált elektronok dinamikája atomi és szilárdtest struktúrákban
Title in English Emission and control of electrons from atomic and solid state systems by electromagnetic pulses
Keywords in Hungarian Attoszekundumos impulzus, fotoelektron spektrum, alagutazási idő, spintronika
Keywords in English attosecond pulses, photoelectron spectra, tunneling time, spintronics
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Atomic physics
Panel Natural Sciences Committee Chairs
Department or equivalent Department of Theoretical Physics (University of Szeged)
Participants Ayadi, Viktor
Czirják, Attila
Dombi, Péter
Dömötör, Piroska
Földi, Péter
Geretovszkyné Varjú, Katalin
Gergely, Árpád László
Rácz, Péter
Szabó, Lóránt Zsolt
Starting date 2010-02-01
Closing date 2015-01-31
Funding (in million HUF) 27.321
FTE (full time equivalent) 19.35
state closed project
Summary in Hungarian
Az attoszekundumos fényforrások megjelenése az atom- molekula- és szilárdtestfizikai folyamatok korábban elképzelhetetlen időbeli fölbontását tette lehetővé. Szilárdtestfelületen végzett attoszekundumos pumpa próba kísérletek elméleti leírását tervezzük, olyan módszerek kidolgozását és alkalmazását, amelyek számot adnak az elektronok ultragyors emissziójáról és a felületi plazmonok szerepéről. Vizsgáljuk hogyan valósítható meg az elektron tulajdonságainak kontrollja a mezővel. Az időbeli fölbontást lehetővé tévő ultrarövid impulzusok választ adhatnak a látszólag egyszerű de ellentmondásos kérdésre: mennyi ideig tart az elektronok alagutazása. Az elektronok dinamikáját illetően a legfőbb feladat azok impulzuseloszlásának meghatározása. Azt várjuk, hogy az emissziós mechanizmus és az alagutazási idő jellemzői a fotoelektronspektrum jellegében is megmutatkoznak. A hullámcsomag formájában kiváltott elektront a mező visszatérítheti céltárgyra, aminek nyomán ott XUV mező keltődhet, ami egy újabb, másodlagos elektronemissziót válthat ki. Célunk a hasonló folyamatoknak az atomok ionizációjának esetére már jobban ismert elméletének továbbfejlesztése és szilárdtest felületekre történő alkalmazása. Tervezzük továbbá az elektronok spinjének dinamikai vizsgálatát a spin-pálya kölcsönhatás figyelembevételével, ahol az ultragyors mező a spin hasonlóan gyors transzformációját teszi lehetővé. A projekt az elméleti és kísérleti megközelítés szoros együttműködésére épül.
Summary
The unprecedented temporal resolution offered by the recently developed attosecond light sources offers the possibility of monitoring and controlling fundamental, ultrafast atomic, molecular and solid state processes. We plan to develop the theoretical description of attosecond pump and probe experiments on solid surfaces, elaborate and apply methods that give account of the ultrafast electron emission, the possibilities of controlling their properties, and the role of surface plasmons. We intend to answer the seemingly simple but controversial question how long it takes for an electron to tunnel through a barrier. An important task is to predict the momentum distribution in the ultrashort photoelectron wave packets. We expect that indirect information on the emission mechanism and tunneling time will be mapped onto the observable spectrum of the emitted particles. The photoelectron wave packet may also be returned to the target by the field, and generate an XUV field followed by a secondary electron emission. With a deeper understanding of similar processes for the case of atomic gases, we plan to extend these results to solid surface targets. We plan to investigate the dynamics of electrons in solids with spin-orbit interaction where ultrafast time-dependent spin-orbit strengths can provide new effects, and very fast spin transformations could be achieved by light pulses. The project relies on close cooperation of theoretical and experimental approaches.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Meghatároztuk ütköző objektumok között kialakuló erős kvantumos összefonódás időbeli változását, és speciálisan egy lézertér által ionizált atomból kilépő elektron és az iontörzs közötti összefonódottságot. Új numerikus módszert dolgoztunk ki a H atom ionizációjának leírására. Meghatározott és különösen nagy frekvenciájú (XUV) elektromágneses impulzusok keltésének olyan módszereit adtuk meg elméleti eszközökkel, amelyek jóval kisebb frekvenciájú kombinált lézerimpulzusok által kiváltott atomi elektronok emisszióján és visszaszóródásán alapulnak. Fém nanorészecskékből lézerfény által kiváltott elektronok energia és irány szerinti eloszlását határoztuk meg kísérleti és elméleti módszerekkel. Elsőként írtuk le elméletileg forgó, ultrahideg molekulák apertúrán való áthaladásának dinamikáját. Félvezető nanostruktúrákban mozgó elektronok spinjének oszcilláló külső mezővel történő különböző manipulálási lehetőségeit tártuk föl.
Results in English
We have determined the time dependence of the strong quantum correlation (entanglement) formed between colliding objects, and in particular the entanglement between the ionic core and the electron ejected from an atom ionized by a strong laser field. A new numerical method has been developed to describe the ionization of the H atom. We gave given a theoretical description of methods, that could create electromagnetic pulses with very high and well defined and (XUV) frequency, and which are based on the emission and rescattering of atomic electrons triggered by a combination of appropriate lower frequency laser pulses. The energy and momentum distribution of electrons emitted from metallic nanoparticles have been determined by experimental and theoretical methods. We were the first to describe theoretically the transmission of rotating ultracold molecules through an aperture. We have explored several possibilities to manipulate the electron spin in semiconductor heterostructures with oscillating external fields.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81364
Decision
Yes





 

List of publications

  
Szaszkó-Bogár V, Földi P, Peeters FM,: Oscillating spin-orbit interaction in two-dimensional superlattices: sharp transmission resonances and time-dependent spin polarized currents, arXiv:1502.05798, 2015
Szaszkó-Bogár V, Földi P, Peeters FM: Oscillating spin-orbit interaction as a source of spin-polarized wave packets in two-terminal nanoscale devices, J. Phys.: Condens. Matter 26 135302, 2014
Czirják A, Majorosi Sz, Hack Sz, Benedict M: Optikai alagutazás és kvantumos összefonódottság,, Kvantumelektronika 2014, E5, ISBN 978-963-642-697-2, 2014
Ayadi V., Benedict M., Földi P: Hidrogénatom gerjesztése és ionizációja rövid lézerimpulzusokkal, Kvantumelektronika 2014, P26, ISBN 978-963-642-697-2, 2014
Balogh E, Bódi B, Tosa V, Goulielmakis E, Varjú K, Dombi P: Genetic optimization of attosecond-pulse generation in light-field synthesizers, Phys. Rev. A 90, 023855, 2014
Földi P; Kálmán O; Benedict MG;: Two-dimensional quantum rings with oscillating spin-orbit interaction strength: A wave function picture, Phys. Rev. B 82, 165322, 2010
Földi P; Szaszkó-Bogár V; Peeters FM: Spin-orbit interaction controlled properties of two-dimensional superlattices, Phys. Rev. B 82, 115302, 2010
Benedict MG; Benedek Cs; Czirják A: Exact density oscillations in the Tonks-Girardeau gas and their optical detection, Optics Express Vol. 18, 17569-17575, 2010
Dombi P; Irvine SE; Rácz P; Lenner M; Kroó N; Farkas G; Mitrofanov A; Baltuska A; Fuji T; Krausz F; Elezzabi AY: Observation of few-cycle strong-field phenomena in surface plasmon fields, Opt. Express Vol. 18, 24206-24212, 2010
Benedict MG; Kovács J; Czirják A: Time dependence of quantum entanglement in the collision of two particles, Journal of Physics A, Math Gen, 2012
Rácz P; Dombi P:: Nonponderomotive electron acceleration in ultrashort surface-plasmon fields, Physical Review A 84, 63844, 2011
Lenner M; Rácz P; Dombi P; Farkas G, Kroó N:: Field enhancement and rectification of surface plasmons detected by scanning tunneling microscopy, Phys. Rev. B 83, 205428, 2011
Földi P; Szaszkó-Bogár V; Peeters FM:: High-temperature conductance of a two-dimensional superlattice controlled by spin-orbit interaction, Physical Review B 83, 115313, 2011
Kovács Z; Gergely ÁL; Biermann P: Maximal spin and energy conversion efficiency in a symbiotic system of black hole, disc and jet, Mon. Not. R. Astron. Soc. 416, 991–1009, 2011
Czirják A; Kovács J; Majorosi Sz; Benedict MG: Build up of quantum entanglement during rescattering, LEI Conference Szeged, 2011, Book of Abstracts p. 121, 2011
Földi P; Yakovlev VS; Benedict MG, Krausz F: A theoretical model for ultrashort pulse induced currents in solids, LEI Conference Szeged, 2011, Book of Abstracts p. 93, 2011
Kovács K; Balogh E; Hebling J; Tosa V; Varjú K: Efficient quasi-phase-matchng and harmonic yield enhancement in THz assisted HHG, LEI Conference Szeged, 2011, Book of Abstracts p. 104, 2011
Földi P. , Benedict M.G.: Laser driven currents in solids: dynamical Bloch oscillations and phonon scattering,, Physica Scripta in print, 2013
Föld P, Benedict M G, Yakovlev V. S:: The effect of dynamical Bloch oscillations on optical-field-induced current in a wide gap dielectric, arXiv:1212.4881, 2012
Kovács K, Balogh E., Hebling J., Tosa V., Varju K.: Quasi-Phase-Matching High-Harmonic Radiation Using Chirped THz Pulses, Phys Rev. Lett. 108, 193903, 2012
Dombi P. , Hörl A.,, Rácz P., Márton I., Trügler A., Krenn J.R., Hohenester U: Ultrafast Strong-Field Photoemission from Plasmonic Nanoparticles, Nano Letters, 2013
Földi P. , Benedict M.G.: Laser driven currents in solids: dynamical Bloch oscillations and phonon scattering,, Physica Scripta T153, 014005, 2013
Czirjak A, Majorosi S, Kovacs J, Benedict MG: Emergence of oscillations in quantum entanglement during rescattering, PHYS SCR T153: 014013 (4pp), 2013
Földi P, Benedict MG, Yakovlev VS: The effect of dynamical Bloch oscillations on optical-field-induced current in a wide-gap dielectric, NEW J PHYS 15: 15, 2013
Szabó Lóránt Zs, Benedict Mihály G, Czirják Attila, Földi Péter: Relativistic electron transport through an oscillating barrier: Wave-packet generation and Fano-type resonances, PHYS REV B CONDENS MATTER MATER PHYS 88: (7) 075438, 2013
Földi P; Kálmán O; Benedict MG;: Two-dimensional quantum rings with oscillating spin-orbit interaction strength: A wave function picture, Phys. Rev. B 82, 165322, 2010
Földi P; Szaszkó-Bogár V; Peeters FM: Spin-orbit interaction controlled properties of two-dimensional superlattices, Phys. Rev. B 82, 115302, 2010
Benedict MG; Kovács J; Czirják A: Time dependence of quantum entanglement in the collision of two particles, Journal of Physics A, Math Gen 45, 085304, 2012
Rácz P; Dombi P:: Nonponderomotive electron acceleration in ultrashort surface-plasmon fields, Physical Review A 84, 63844, 2011
Földi P; Szaszkó-Bogár V; Peeters FM:: High-temperature conductance of a two-dimensional superlattice controlled by spin-orbit interaction, Physical Review B 83, 115313, 2011
Földi P. , Benedict M.G.: Laser driven currents in solids: dynamical Bloch oscillations and phonon scattering,, Physica Scripta T153, 014005, 2013
Kovács K, Balogh E., Hebling J., Tosa V., Varju K.: Quasi-Phase-Matching High-Harmonic Radiation Using Chirped THz Pulses, Phys Rev. Lett. 108, 193903, 2012
Dombi P. , Hörl A.,, Rácz P., Márton I., Trügler A., Krenn J.R., Hohenester U: Ultrafast Strong-Field Photoemission from Plasmonic Nanoparticles, Nano Letters 13 (2), pp 674–678, 2013
Shore BW, Dömötör P, Sadurni E, Süssman G, Schleich W.P.: Scattering of a particle with internal structure from a single slit, New J. Phys. Vol. 17, 013046, 2015
Dömötör P, Földi P, Benedict MG, Shore BW, Schleich W.P.: Scattering of a particle with internal structure from a single slit: exact numerical solutions, New J. Phys. 17, 023044, 2015
Földi P, Márton I, Német N, Ayadi V, Dombi P: Few-cycle plasmon oscillations controlling photoemission from metal nanoparticles, Applied Physics Letters 106, 013111, 2015




 

Events of the project

  
2014-07-21 11:03:40
Résztvevők változása
2014-04-11 14:25:33
Résztvevők változása
2013-03-13 11:01:39
Résztvevők változása



Back »