Een team van onderzoekers uit Peking onder leiding van prof. dr. Sheng Meng is erin geslaagd om voorspellende eerste-principes-benaderingen te ontwikkelen voor het onderzoeken van precieze ultrasnelle processen in materie. De methode, genaamd TDAP  (time-dependent ab initio propagation), heeft tot doel robuuste dynamische simulaties te bieden van door licht geïnduceerde, zeer niet-lineaire fenomenen die zich op atomair en moleculair niveau voordoen en optreden binnen enkele femtoseconden (10 ^-15 sec) of zelfs attoseconden (10 ^-18 seconden). Fundamentele interacties tussen verschillende vrijheidsgraden kunnen nu nauwkeuriger worden begrepen, puur op basis van kwantummechanische principes, aldus de onderzoekers. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Ultrafast Science en zullen naar verwachting een verscheidenheid aan verdere ontwikkelingen op gerelateerde wetenschappelijke gebieden bevorderen.

Het team heeft tien jaar gewerkt aan het uitbreiden van de theoretische methoden van de eerste beginselen voor het modelleren van dynamische reacties van kwantummaterialen op externe velden (bijvoorbeeld elektrische, magnetische en laservelden), die tegenwoordig van groot belang zijn, maar de gedetailleerde informatie blijft vrij beperkt . De generatie en synthese van intense ultrakorte lichtpulsen met een gecontroleerd elektrisch veld en bijbehorende fasen bieden een veelbelovende route om de microscopische interacties dynamisch te ontkoppelen en te manipuleren met een ongekende tijdresolutie. Daarom hebben de laser-geïnduceerde niet-evenwichtsverschijnselen de aandacht getrokken van een breed scala aan wetenschappelijke gebieden.

De theoretische behandeling van de tijdsafhankelijke niet-adiabatische verschijnselen die door laser worden geïnduceerd, is een enorme uitdaging op vele niveaus, gaande van de beschrijving van de aangeslagen toestanden tot de voortplanting in de tijd van de overeenkomstige fysische eigenschappen. In TDAP wordt de tijdsdomein kwantumevolutie van elektronische toestanden met de klassieke benaderingen van nucleaire bewegingen gelijktijdig behandeld, wat real-time tracking van gekoppelde elektron-nucleaire dynamica mogelijk heeft gemaakt zonder toevlucht te hoeven nemen tot de storingstheorie. Het gebruik van numerieke atomaire orbitaal heeft gezorgd voor flexibiliteit en geloofwaardigheid om zeer nauwkeurige, grootschalige simulaties uit te voeren in een breed scala van kwantumsystemen met gematigde rekenkosten.

De methode is toegepast op de verkenning van sterke veldfysica en het decoderen van enorme informatie onder de experimenteel gedetecteerde signalen. Door de theoretische en experimentele resultaten te vergelijken, is aangetoond dat de benaderingen effectief en efficiënt zijn bij het behandelen van ultrasnelle kwantumdynamische processen met complexe interacties tussen fotonen, elektronen en fononen onder laserexcitatieomstandigheden. De ontwikkeling van deze methode helpt de dynamiek van de aangeslagen toestand te begrijpen op het gebied van fotokatalyse, fotovoltaïsche en opto-elektronische apparaatontwerp, attoseconde pulssynthese en toepassingen, enz.   + Verder verkennen

Kwantumfysica stelt snelheidslimiet voor elektronica