A full dimensional discrete variable representation of H2 and H2 photoionization

Resumen

El desarrollo de nuevos métodos teóricos con la precisión necesaria para describir procesos ultrarrápidos foto-inducidos en moléculas se ha convertido en una activa área de investigación tras la aparición de nuevas fuentes de radiación láser ultracorta. Los progresos en tecnología láser en los últimos años han hecho posible la observación y manipulación de la dinámica electrónica y nuclear en sus tiempos de escala naturales. La complejidad asociada al movimiento acoplado de electrones y núcleos en especies moleculares requiere de simulaciones precisas para interpretar, entender y predecir un amplio rango de fenómenos ultra-rápidos inducidos por luz. Esta tesis se centra en el desarrollo de nuevas herramientas numéricas para investigar la ruptura completa de los sistemas moleculares de H2+ y H2 por absorción multi-fotónica. La mayor parte de los métodos existentes emplean la aproximación de Born-Oppehenimer, o bien la aproximación de núcleos fijos, y se restringen al estudio de la excitación o ionización simple. Nuestra implementación incluye todos los grados de libertad electrónicos y nucleares trabajando más allá de la aproximación Born-Oppenheimer. Nuestro objetivo es estudiar procesos multi-fotónicos inducidos por campos láser relativamente intensos, dando lugar a la ionización simple o doble el sistema molecular. El método por tanto resuelve la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo en toda su dimensionalidad. La representación numérica de la función de onda se hace mediante una expansión monocéntrica, combinando armónicos esféricos para tratar la dependencia angular de las partículas, mientras que las componentes radiales tanto nucleares como electrónicas se describen mediante una base empleando una representación de variable discreta en un método de elementos finitos (FEM-DVR). Las condiciones de contorno para el problema de fotoionización se imponen de forma implícita al emplear una transformación de escalado exterior complejo (ECS), lo que permite extraer los observables físicos para el proceso de ruptura Coulombiana. La metodología proporciona probabilidades totales y diferenciales en ángulo y energía, para los procesos de excitación, ionización y disociación. En este trabajo, se discuten en profundidad las ventajas, limitaciones, precisión y detalles numéricos de nuestra implementación con respecto a los métodos existentes. Presentamos la primera aplicación del método al sistema de H2+ , donde mostramos cómo emular un esquema convencional de bombeo-prueba (pump-probe) usando un único pulso ultracorto en la región del UV definido con una frequencia que varía en el tiempo (chirp). Se ha demostrado que ajustando el parámetro de frequencia-chirp-, y manteniendo invariable la distribución espectral del pulso, es posible controlar de forma significativa la eficiencia de ionización total. También, se discutirán nuestros resultados preliminares en estudios de fotoionización de la molécula de H2 , donde obtenemos probabilidades de ionización simple y doble por absorción de dos fotones. Dichas probabilidades también se presentan diferenciales en ángulo y energía de las partículas emitidas. Los resultados obtenidos se han comparado con los escasos datos existentes en la literatura con el fin de testear nuestra implementación. Además, esto ha permitido evaluar la precisión de diversos métodos para la extracción de las amplitudes de transición, tanto de excitación como de ionización, del paquete molecular numérico. Concluimos, proporcionando una discusión detallada del formalismo que permite obtener la primera descripción teórica de la ruptura completa de la molécula de hidrógeno por absorción de dos fotones.