ADK模型中自由電子在電磁場中加速,如何知道不同時刻的電離速率和電子剩餘能?如何計算電子平均剩餘能? Label: Research

ADK模型是一種描述原子或分子在強場中隧穿電離的理論模型,它基於漸進展開係數和隧穿概率的計算。自由電子在電磁場中加速,會受到電場和磁場的作用,其運動方程可以寫爲:

\[\frac{d\mathbf{p}}{dt}=q(\mathbf{E}+\frac{\mathbf{p}}{m}\times\mathbf{B})-\frac{\mathbf{p}}{\tau} \]

其中\(\mathbf{p}\)是電子的動量,\(q\)是電荷量,\(m\)是質量,\(\tau\)是弛豫時間,\(\mathbf{E}\)\(\mathbf{B}\)是電場和磁場。如果電場和磁場都是沿着\(z\)軸方向的,那麼運動方程可以化簡爲:

\[\frac{dp_z}{dt}=qE-\frac{p_z}{\tau} \]

\[\frac{dp_x}{dt}=qB\frac{p_y}{m}-\frac{p_x}{\tau} \]

\[\frac{dp_y}{dt}=-qB\frac{p_x}{m}-\frac{p_y}{\tau} \]

要知道不同時刻的電離速率和電子剩餘能,我們需要求解這些微分方程,並利用ADK模型給出的隧穿概率公式:

\[W_{nl}(t)=\frac{(2qE)^{2n-l-1}}{(2n)!(n-l-1)!}\left(\frac{2(2qE)^{\frac{3}{2}}}{3}\right)^{2n-l+1}\exp\left(-\frac{2(2qE)^{\frac{3}{2}}}{3}\right) \]

其中\(n\)\(l\)是電子的主量子數和角量子數,\(E\)是電場強度。電離速率就是隧穿概率乘以單位時間內的碰撞次數,即:

\[R_{nl}(t)=W_{nl}(t)\frac{1}{\tau} \]

電子剩餘能就是電子在隧穿後的動能,即:

\[E_{nl}(t)=\frac{\mathbf{p}^2(t)}{2m}-I_{nl} \]

其中\(I_{nl}\)是原子或分子的電離能。要計算電子平均剩餘能,我們需要對所有可能的\(n\)\(l\)以及所有可能的時間進行求和或積分,併除以總的電離速率,即:

\[\bar{E}(t)=\frac{\sum_{n,l}E_{nl}(t)R_{nl}(t)}{\sum_{n,l}R_{nl}(t)}=\frac{\int_0^t E(t')R(t')dt'}{\int_0^t R(t')dt'} \]

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