COHERENT CONTROL OF POPULATION IN BOUND STATES IN QUANTUM WELLS BY A PAIR OF HALF-CYCLE ATTOSECOND PULSES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The study of interaction features between unipolar subcycle pulses and matter has shown the necessity of both revising standard theories of light-matter interaction and introducing new concepts in optics, such as pulse area interference. In this work, based on numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation, we study the features of nonlinear interference of pulse areas during particle ex- citation in a rectangular potential well driven by a pair of half-cycle attosecond pulses. It is shown that when changing the delay between pulses, the population dependence of bound states on delay exhibits characteristic beating pattern, unlike the simple harmonic dependence obtained in the case of small field amplitude. The conducted research directly demonstrates the possibility of controlling quantum systems using sequences of half-cycle pulses, particularly the possibility of increasing ionization probability or its complete suppression and the possibility of inducing population difference gratings in multilevel media.

About the authors

R. M. Arkhipov

Saint Petersburg State University; Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg; 194021, Saint Petersburg

O. O. D'yachkova

Saint Petersburg State University; Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg; 194021, Saint Petersburg

P. A. Belov

Saint Petersburg State University

Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg

M. V. Arkhipov

Saint Petersburg State University; Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg; 194021, Saint Petersburg

A. V. Pakhomov

Saint Petersburg State University

Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg

N. N. Rozanov

Saint Petersburg State University; Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: arkhipovrostislav@gmail.com
Russian Federation, 199034, Saint Petersburg; 194021, Saint Petersburg

References

  1. U. Keller, Nature 424, 831 (2003), doi: 10.1038/nature01938.
  2. T. Gaumnitz, A. Jain, Y. Pertot, M. Huppert, I. Jordan, F. Ardana-Lamas, and H. J. Worner, Opt.Express 25, 27506 (2017), DOI: 10.1364/ OE.25.027506.
  3. H.Y. Kim, M. Garg, S. Mandal, S. Mandal, L. Seiffert, T. Fennel, and E. Goulielmakis, Nature 613, 662 (2023), doi: 10.1038/s41586-022-05577-1.
  4. Е.А. Хазанов, КЭ 52, 208 (2022) [E.A. Khazanov, Quant.Electron. 52, 208 (2022), doi: 10.1070/QEL18001].
  5. K. Midorikawa, Nature Photon. 16, 267 (2022), doi: 10.1038/s41566-022-00961-9.
  6. D. Hui, H. Alqattan, S. Yamada, V. Pervak, K. Yabana, and M. Hassan, Nature Photon. 16, 33 (2022), doi: 10.1038/s41566-021-00918-4.
  7. F. Calegari, G. Sansone, S. Stagira, C. Vozzi, and M. Nisoli, J. Phys.B: Atom.Mol.Opt.Phys. 49, 062001(2016), doi: 10.1088/0953-4075/49/6/062001.
  8. G. Inzani, L. Adamska, A. Eskandari-asl, N. Di Palo, G. Luca Dolso, B. Moio, L. Jacopo D’Onofrio, A. Lamperti, A. Molle, R. Borrego-Varillas, M. Nisoli, St. Pittalis, C.A. Rozzi, A. Avella, and M. Lucchini, Nature Photon. 17, 1059 (2023), doi: 10.1038/s41566-023-01274-1.
  9. D. Ertel, D. Busto, I. Makos, M. Schmoll, J. Benda, H. Ahmadi, M. Moioli Frassetto et al., Sci.Adv. 9, 7747 (2023), doi: 10.1126/sciadv.adh7747.
  10. M.Ю. Рябикин, М.Ю. Емелин, В.В. Стрелков, УФН 193, 382 (2023), doi: 10.3367/UFNr.2021.10.039078 [M.Yu. Ryabikin, M.Yu. Emelin, and V.V. Strelkov, Phys.Usp. 66, 360 (2023), doi: 10.3367/UFNe.2021.10.039078].
  11. NobelPrize.org, Nobel Prize Outreach AB 2023, Press Release (accessed: 4 Oct 2023) URL: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/press-release.
  12. Р.М. Архипов, М.В. Архипов, Н.Н. Розанов, КЭ 50, 801 (2020) [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, and N.N. Rosanov, Quant.Electron. 50, 801 (2020), doi: 10.1070/QEL17348].
  13. С. В. Сазонов, Опт. и спектр. 130, 1846 (2022), doi: 10.21883/OS.2022.12.54090.45-22 [S.V. Sazonov, Opt. Spectr. 130, 1573 (2022), doi: 10.21883/EOS.2022.12.55244.45-22].
  14. Р. М. Архипов, М. В. Архипов, А. В. Пахомов, П. А. Образцов, Н. Н. Розанов, Письма в ЖЭТФ 117, 10 (2023), doi: 10.31857/S1234567823010020 [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, A.V. Pakhomov, P.A. Obraztsov, and N.N. Rosanov, JETP Lett. 117, 8 (2023), doi: 10.1134/S0021364022602652].
  15. Н.Н. Розанов, М. В. Архипов, Р.М. Архипов, А.В. Пахомов, Коллективная монография .Терагерцовая фотоника., под ред. В.Я. Панченко, А.П.Шкуринов, Российская академия наук, Москва (2023), с. 360.
  16. С. В. Сазонов, Письма в ЖЭТФ 116, 25 (2022), DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567822130043 [S.V. Sazonov, JETP Lett. 116, 22 (2022)].
  17. A.V. Bogatskaya, E.A. Volkova, and A.M. Popov, Phys.Rev.E 105, 055203 (2022), doi: 10.1103/PhysRevE.105.055203.
  18. Pakhomov, N. Rosanov, M. Arkhipov, and R. Arkhipov, Optics Lett. 48 (24), 6504 (2023), doi: 10.1364/OL.503802.
  19. I.E. Ilyakov, B.V. Shishkin, E. S. Efimenko, S.B. Bodrov, and M. I. Bakunov, Opt.Express 30, 14978 (2022), doi: 10.1364/OE.455768.
  20. M. T. Hassan, T. T. Luu, A. Moulet, O. Raskazovskaya, P. Zhokhov, M. Garg, N. Karpowicz, A.M. Zheltikov, V. Pervak, F. Krausz, and E. Goulielmakis, Nature 530, 66 (2016), doi: 10.1038/nature16528.
  21. H.-C. Wu and J. Meyer-ter Vehn, Nature Photon. 6, 304 (2012), doi: 10.1038/nphoton.2012.76.
  22. J. Xu, B. Shen, X. Zhang, Y. Shi, L. Ji, L. Zhang, T. Xu, W. Wang, X. Zhao, and Z. Xu, Sci.Rep. 8, 2669 (2018), doi: 10.1038/s41598-018-21052-2.
  23. S. Wei, Y. Wang, X. Yan, and B. Eliasson, Phys. Rev.E 106, 025203 (2022), doi: 10.1103/PhysRevE.106.025203.
  24. Q. Xin, Y. Wang, X. Yan, and B. Eliasson, Phys. Rev.E 107, 035201 (2023), doi: 10.1103/PhysRevE.107.035201.
  25. L. Feng, J. Mccain, and Y. Qiao, Laser Phys. 31, 055301 (2021), doi: 10.1088/1555-6611/abf241.
  26. Y. Shou, R. Hu, Z. Gong, J. Yu, J. erh Chen, G. Mourou, X. Yan, and W. Ma, New J. Phys. 23, 053003 (2021), doi: 10.1088/1367-2630/abf612.
  27. Л.В. Келдыш, УФН 187, 1280 (2017) [L.V. Keldysh, Phys.Usp. 60, 1187 (2017), doi: 10.3367/UFNe.2017.10.038229].
  28. А.В. Андреев, С.Ю. Стремоухов, О.А.Шутова, ЖЭТФ 138, 1060 (2010) [A.V. Andreev, S.Y. Stremoukhov, and O.A. Shutova, JETP 111, 936 (2010)].
  29. А.В. Андреев, С.Ю. Стремоухов, О.А.Шутова, Письма в ЖЭТФ 93, 522 (2011) [A.V. Andreev, S.Y. Stremoukhov, and O.A. Shoutova, JETP Lett. 93, 476 (2011).]
  30. Д.Н. Макаров, В.И. Матвеев, Письма в ЖЭТФ 103, 464 (2016) [D.N. Makarov and V. I. Matveev, JETP Lett. 103, 415 (2016)].
  31. Д.Н. Макаров, В.И. Матвеев, Письма в ЖЭТФ 103, 851 (2016) [D.N. Makarov and V. I. Matveev, JETP Lett. 103, 756 (2016)].
  32. R.M. Arkhipov, A.V. Pakhomov, M.V. Arkhipov, I. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, and N.N. Rosanov, Opt. Lett. 44, 1202 (2019).
  33. Р. М. Архипов, М. В. Архипов, А. В. Пахомов, Н. Н. Розанов, Письма в ЖЭТФ 114, 156 (2021), doi: 10.31857/S1234567821150039 [R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, A.V. Pakhomov, and N.N. Rosanov, JETP Lett. 114, 129 (2021), doi: 10.1134/S0021364021150029].
  34. N. Rosanov, D. Tumakov, M. Arkhipov, and R. Arkhipov, Phys.Rev.A 104, 063101 (2021), doi: 10.1103/PhysRevA.104.063101.
  35. А.Ю. Пархоменко, С. В. Сазонов, Письма в ЖЭТФ 67, 887 (1998) [A.Y. Parkhomenko and S.V. Sazonov, JETP Lett. 67, 934 (1998)].
  36. С. В. Сазонов, А. Ф. Соболевский,ЖЭТФ 123, 919 (2003) [S.V. Sazonov and A. F. Sobolevskii, JETP 96, 807 (2003)].
  37. Н.В. Знаменский, С.В. Сазонов, Письма в ЖЭТФ 85, 440 (2007) [N.V. Znamenskii and S.V. Sazonov, JETP Lett. 85, 358 (2007), DOI: https://doi.org/10.1134/S0021364007080036].
  38. R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, A.V. Pakhomov, and N.N. Rosanov, Laser Phys. 32, 066002 (2022), doi: 10.1088/1555-6611/ac6ace.
  39. М. Борн, Э. Вольф, Основы оптики, Наука, Москва (1973) [M. Born and E. Wolf, Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, Pergamon Press, Oxford (1980)].
  40. Е. Б. Александров, УФН 107, 595 (1972) [E. B. Aleksandrov, Sov.Phys.Usp. 15, 436 (1973)], doi: 10.1070/PU1973v015n04ABEH004991].
  41. В. В. Самарцев, Е.И. Штырков, ФТТ 18, 3140 (1976).
  42. Е.И.Штырков, В.В. Самарцев, Опт. и спектр. 40, 392 (1976).
  43. С.А. Моисеев, Н.Л. Невельская, Е.И. Штырков, Опт. и спектр. 79, 382 (1995).
  44. Е.И.Штырков, Опт. и спектр. 114, 105 (2013), doi: 10.7868/S0030403413010236 [E. I. Shtyrkov, Opt. Spectr. 114, 96 (2013)].
  45. R.M. Arkhipov, M.V. Arkhipov, I. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, and N.N. Rosanov, Sci. Rep. 7, 12467 (2017).
  46. R. Arkhipov, A. Pakhomov, M. Arkhipov, I. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, and N.N. Rosanov, Sci.Rep. 11, 1961 (2021), doi: 10.1038/s41598-02181275-8.
  47. S. Zhang, S. Li, Y. Bai, and K. Huang, J.Nanophoton. 17, 016013 (2023), doi: 10.1117/1.JNP.17. 016013.
  48. Р.М. Архипов, Письма в ЖЭТФ 113, 636 (2021), doi: 10.31857/S1234567821100025 [R.M. Arkhipov, JETP Lett. 113, 611 (2021)] .
  49. Р. М. Архипов, П. А. Белов, М. В. Архипов, А. В. Пахомов, Н.Н. Розанов, Опт. и спектр. 130, 969 (2022), doi: 10.21883/OS.2022.06.52641.309821 [R.M. Arkhipov, P.A. Belov, M. V. Arkhipov, A. V. Pakhomov, and N. N. Rosanov, Opt. Spectr. 130, 772 (2022), doi: 10.21883/EOS.2022.06.54715.3098-21].
  50. Q. Su and J.H. Eberly, Phys.Rev.A 44, 599 (1991), doi: 10.1103/physreva.44.5997.
  51. Н.Р. Врублевская, Д.Е. Шипило, И.А. Николаева, Н.А. Панов, О. Г. Косарева, Письма в ЖЭТФ 117, 400 (2023), doi: 10.31857/S1234567823060022 [N.R. Vrublevskaya, D.E. Shipilo, I.A. Nikolaeva, N.A. Panov, and O.G. Kosareva, JETP Lett. 117, 408 (2023); doi: 10.1134/S0021364023600301].
  52. Ж.И. Алферов, ФТП 32, 3 (1998) [Zh. I. Alferov, Semiconductors 32, 1 (1998), doi: 10.1134/1.1187350].
  53. E. L. Ivchenko, Optical Spectroscopy of Semiconductor Nanostructures, Alpha Science (2005).
  54. L. Shi, I. Babushkin, A. Husakou, O. Melchert, B. Frank, J. Yi, G. Wetzel, A. Demircan, C. Lienau, H. Giessen, M. Ivanov, U. Morgner, and M. Kovacev, Laser Photon.Rev. 15, 2000475 (2021), doi: 10.1002/lpor.202000475.
  55. M. Belloni and R.W. Robinett, Phys.Rep. 540, 25 (2014).
  56. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Квантовая механика. Нерелятивистская теория, Наука, Москва (1989) [L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Quantum Mechanics, Pergamon (1974)].
  57. J. Crank and P. Nicolson, Math.Proc. of the Cambridge Philosophical Society 43, 50 (1947), doi: 10.1017/S0305004100023197.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».