Сложные атомы обладают многотельной электронной структурой, в которой корреляции между электронами играют ключевую роль. При воздействии аттосекундных импульсов на такие системы нельзя ограничиться одноэлектронным приближением: динамика сильно зависит от коллективных эффектов, переноса возбуждения и быстрой перестройки электронной оболочки. В отличие от водородоподобных и щелочных атомов, здесь энергия возбуждений распределяется по множеству каналов, что приводит к богатому спектру откликов на ультракороткие импульсы.
В сложных атомах аттосекундные импульсы инициируют не только простую фотоэмиссию, но и более сложные процессы:
При этом решающее значение имеет взаимодействие между каналами ионизации, где движение одного электрона мгновенно отражается на поведении других. Аттосекундные импульсы позволяют фиксировать именно эти ультрабыстрые корреляции.
Для сложных атомов, таких как ксенон, криптон или аргон, важную роль играют внутренние электронные оболочки, возбуждение которых происходит при поглощении фотонов высокой энергии. Такие переходы запускают каскады релаксационных процессов:
Поскольку времена жизни внутренних оболочек часто составляют десятки-сотни аттосекунд, аттосекундная физика оказывается единственным инструментом для наблюдения их распада и переноса энергии внутри атома.
Сложные атомы в интенсивных лазерных полях демонстрируют ряд нелинейных явлений:
Особенно интересным является влияние полей на спиново-орбитальные взаимодействия и разделение временных задержек фотоэмиссии для электронов разных подуровней. Это открывает возможность измерять тонкие квантовые эффекты в масштабах десятков аттосекунд.
Методики измерения временной задержки фотоэмиссии, такие как RABBITT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions) и streaking-спектроскопия, показали, что электроны из разных оболочек сложных атомов покидают систему с временным сдвигом порядка десятков аттосекунд. Этот эффект объясняется разницей в фазах волновых функций, многоэлектронными корреляциями и влиянием остаточного ионного потенциала.
Таким образом, изучение временной задержки в фотоэмиссии превращается в прямой способ наблюдать многотельные эффекты в атомах.
В сложных атомах выброс одного электрона из внутренней оболочки может запускать каскад Оже-процессов, в которых энергия релаксации передается от одного электрона к другому. Эти процессы происходят в аттосекундных временных масштабах и формируют сложную динамическую картину, включающую:
Наблюдение таких каскадов стало возможным благодаря аттосекундной спектроскопии с использованием рентгеновских гармоник.
В многозelectronных атомах при воздействии ультракоротких импульсов могут возникать коллективные колебания облака электронов — аналоги плазмонов в кластерах и конденсированных средах. Аттосекундные эксперименты показывают, что такие возбуждения могут развиваться и затухать за сотни аттосекунд, обеспечивая новый взгляд на внутренние корреляции.
Изучение сложных атомов в аттосекундных полях имеет фундаментальное и прикладное значение:
Таким образом, взаимодействие сложных атомов с аттосекундными полями является уникальной лабораторией для проверки квантовой теории многих тел и развития методов ультрабыстрой спектроскопии.