<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">689635</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.689635</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Long-Lasting Orientation of Symmetric-Top Molecules Excited by Two-Color Femtosecond Pulses</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Xu et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Long-lasting Orientation of Symmetric-Top Molecules</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Long</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1287539/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>Ilia</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>&#x2020;</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1228198/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Prior</surname>
<given-names>Yehiam</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/300266/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>Ilya Sh.</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/99628/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>AMOS and Department of Chemical and Biological Physics, The Weizmann Institute of Science, <addr-line>Rehovot</addr-line>, <country>Israel</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1070717/overview">Robert Gordon</ext-link>, University of Illinois at Chicago, United&#x20;States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1298481/overview">Henrik Stapelfeldt</ext-link>, Aarhus University, Denmark</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1343748/overview">Monika Leibscher</ext-link>, University of Kassel, Germany</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Long Xu, <email>long.xu@weizmann.ac.il</email>; Ilia Tutunnikov, <email>ilia.tutunnikov@weizmann.ac.il</email>; Yehiam Prior, <email>yehiam.prior@weizmann.ac.il</email>; Ilya Sh. Averbukh, <email>ilya.averbukh@weizmann.ac.il</email>
</corresp>
<fn fn-type="equal" id="fn1">
<label>
<sup>&#x2020;</sup>
</label>
<p>These authors have contributed equally to this&#x20;work</p>
</fn>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Physical Chemistry and Chemical Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>689635</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>01</day>
<month>04</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>18</day>
<month>06</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Xu, Tutunnikov, Prior and Averbukh.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Xu, Tutunnikov, Prior and Averbukh</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Impulsive orientation of symmetric-top molecules excited by two-color femtosecond pulses is considered. In addition to the well-known transient orientation appearing immediately after the pulse and then reemerging periodically due to quantum revivals, we report the phenomenon of <italic>field-free long-lasting</italic> orientation. Long-lasting means that the time averaged orientation remains non-zero until destroyed by other physical effects, e.g., intermolecular collisions. The effect is caused by the combined action of the field-polarizability and field-hyperpolarizability interactions. The dependence of degree of long-lasting orientation on temperature and pulse parameters is considered. The effect can be measured by means of second (or higher-order) harmonic generation, and may be used to control the deflection of molecules traveling through inhomogeneous electrostatic fields.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>long-lasting orientation</kwd>
<kwd>symmetric-top</kwd>
<kwd>two-color laser pulses</kwd>
<kwd>polarizability interaction</kwd>
<kwd>hyperpolarizability interaction</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Over the years, diverse optical methods have been developed to align and orient molecules of varying complexity and many applications related to studies of molecular and photon-induced processes are based on the ability to control the absolute orientation of the molecules. For reviews, see [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
<p>There are several laser-based strategies for achieving molecular orientation in the gas phase, including using a combination of intense non-resonant laser and weak electrostatic fields [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], and using strong single-cycle terahertz (THz) pulses [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], alone or together with optical pulses [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. In addition, laser and THz pulses with twisted polarization were shown to be effective for inducing enantioselective orientation of chiral molecules [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>].</p>
<p>The techniques listed above rely on the laser-dipole and/or laser-polarizability interactions. Another route to molecular orientation stems from higher-order laser-molecule interactions, e.g., the laser field-hyperpolarizability interaction. Non-resonant phase-locked two-color laser pulses consisting of the fundamental wave (FW) and its second harmonic (SH) were used for inducing molecular orientation by interacting with the molecular hyperpolarizability [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>].</p>
<p>Here, we investigate the orientation dynamics of symmetric-top molecules excited by single two-color femtosecond laser pulses. In addition to the well-known transient orientation appearing immediately as a response to the laser excitation, we predict the existence of <italic>long-lasting orientation</italic>. Long-lasting means that the time-averaged orientation remains non-zero, within the model, indefinitely or until destroyed by additional physical effects, e.g., by collisions. The long-lasting orientation induced by a two-color pulse has an intricate dependence on <italic>both</italic> the molecular polarizability and hyperpolarizability. Related effects have been recently observed in chiral molecules excited by one-color laser pulses with twisted polarization [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] and investigated in non-linear molecules excited by THz pulses [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>].</p>
<p>The paper is organized as follows. In the next section, we describe our numerical approaches for simulating the laser-driven molecular rotational dynamics. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we present the long-lasting orientation, which is the main result of this work. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> is devoted to a qualitative analysis of the effect, and a derivation of the approximate classical formula for the degree of long-lasting orientation. Additional results are presented in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section&#x20;5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Numerical Methods</title>
<p>In this work, the rotational dynamics of symmetric-top molecules is treated within the rigid rotor approximation. We performed both classical and quantum mechanical simulations of molecular rotation driven by two-color laser fields. This section outlines the theoretical approaches used in both&#x20;cases.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Classical Simulation</title>
<p>In the classical limit, the rotational dynamics of a single rigid top is described by Euler&#x2019;s equations [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>]<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">diag</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the moment of inertia tensor, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the angular velocity, and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the external torque resulting from the interaction between field-induced dipole moment and the electric field. All the quantities in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> are expressed in the rotating molecular frame of reference, equipped with a basis set including the three principal axes of inertia, <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, and&#x20;<italic>c</italic>.</p>
<p>In the laboratory frame of reference, the electric field of a two-color laser pulse is defined by<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where the two terms correspond to the FW and its SH, respectively. <italic>&#x3c9;</italic> is the carrier frequency of the FW field, <italic>&#x3c6;</italic> is the relative phase of the second harmonic, <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;ln</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the field&#x2019;s envelope with <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as the peak amplitude, and <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the full width at half maximum (FWHM) of the laser pulse intensity profile. The polarization direction of the SH field is given by <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is its angle with respect to the <italic>Z</italic> axis, <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the unit vectors along laboratory <italic>Z</italic> and <italic>X</italic> axes, respectively. The electric field in the molecular frame of reference can be expressed as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the unit vectors expressed in the molecular frame of reference. <italic>Q</italic> is a <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> time-dependent orthogonal matrix relating the laboratory and the molecular frames of reference. It is parametrized by a quaternion, <italic>q</italic> which has an equation of motion <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> being a pure quaternion [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>]. Considering laser-polarizability and laser-hyperpolarizabiltiy interactions, the torque induced by a two-color field has two contributions <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where [<xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>]<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>Here, the overline <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents averaging over the optical cycle, <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m23">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m24">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are the polarizability and hyperpolarizability tensors, respectively. <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Levi-Civita symbol, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a component of the hyperpolarizability tensor, <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the components of the FW and SH fields, respectively.</p>
<p>To simulate the behavior of an ensemble of non-interacting molecules, we use the Monte Carlo approach. For each molecule, the Euler&#x2019;s equations [<xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>] with the torques in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eqs. 4</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref> are solved numerically using the standard fourth order Runge-Kutta algorithm. In the simulations we used ensembles consisting of <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> molecules. The initial uniform random quaternions, representing isotropically distributed molecules, were generated using the recipe from [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>]. Initial angular velocities are distributed according to the Boltzmann distribution,<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mtext>exp</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>T</italic> is the temperature and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Boltzmann constant.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Quantum Simulation</title>
<p>The Hamiltonian describing the rotational degrees of freedom of a molecule and the molecular polarizability and hyperpolarizability couplings to external time-dependent fields can be written as <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>int</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the&#x20;field-free Hamiltonian [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>], and <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>int</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the molecule-field interaction potential, with two contributions <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>int</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where [<xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>]<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>Here <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the components of the field vector, polarizability tensor <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m41">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and hyperpolarizability tensor <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m42">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Since the optical carrier frequency of the laser fields, <italic>&#x3c9;</italic> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>], is several orders of magnitude larger than a typical rotational frequency of small molecules, the energy contribution due to the interaction with the molecular permanent dipole, <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m43">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bc;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is negligible.</p>
<p>We use the eigenstates of <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, describing the field-free motion of quantum symmetric-top [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>], as the basis set in our numerical simulations. The three quantum numbers are <italic>J</italic>, <italic>K</italic> and <italic>M</italic>, where <italic>J</italic> is the total angular momentum, while <italic>K</italic> and <italic>M</italic> are its projections on the molecular <italic>a</italic> axis and the laboratory-fixed <italic>Z</italic> axis, respectively. The time-dependent Schr&#xf6;dinger equation <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x210f;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is solved by numerical exponentiation of the Hamiltonian matrix (see Expokit [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]) with the initial state being one of the field-free eigenstates, <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The degree of molecular orientation is derived by calculating the induced polarization, the expectation value of the dipole projection. The polarization along each of the axes in the laboratory-fixed frame of reference is given by <disp-formula id="e8">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents one of the unit vectors <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thermal effects are accounted for by computing the incoherent average of the time-dependent polarizations obtained for the various initial states <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The relative weight of each of the projections <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined by the Boltzmann distribution,<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x01B5;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x01B5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the partition function, and <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the energy/eigenvalue corresponding to <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> state. For molecules with two or more identical atoms, an additional statistical factor <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must be included in the distribution [<xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>]. For the case of methyl fluoride (<inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) molecule considered in this work, <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In our simulations, the basis set included all the states with <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For our sample molecule, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, at initial temperature of <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, this means that initial states with <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> were included. Additional details about the numerical simulations, including the matrix elements of the interaction Hamiltonian <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>int</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, can be found in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix&#x20;A</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3&#x20;Long-Lasting Orientation</title>
<p>We continue to consider the methyl fluoride (<inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), as an example for a symmetric-top molecule. The molecule is excited by a two-color pulse in which the polarizations of the FW and SH are parallel and along <italic>Z</italic> axis [<inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>]. In addition, here we set the relative phase between them to be zero (<inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). Later on we discuss what changes when this phase changes. <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> summarizes the molecular properties of <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Moments of inertia, dipole moment, and polarizability tensor components are taken from NIST, where they were computed within the density functional theory (DFT, method CAM-B3LYP/aug-cc-pVTZ) [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>]. The hyperpolarizability values are literature values taken from&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>].</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Molecular properties (in atomic units) of <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: moments of inertia, nonzero elements of dipole moment, polarizability tensor, and hyperpolarizability tensor. All the quantities are represented in the reference frame of molecular principal axes of inertia.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Moments of inertia</th>
<th align="center">Dipole components</th>
<th align="center">Polarizability components</th>
<th align="center">Hyperpolarizability components</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20982</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.736</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>18.38</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>40.449</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>129238</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left"/>
<td align="center">
<inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>16.76</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>26.970</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>129238</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left"/>
<td align="center">
<inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>16.76</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>11.019</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> shows the projection of the dipole moment along the laboratory <italic>Z</italic> axis, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, calculated classically and quantum mechanically (see Methods <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>). In the classical case, the angle brackets <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denote ensemble average, that is the average of the dipole projections of <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> molecules, initially isotropically distributed in space and having random angular velocities [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref>]. In the quantum case, <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes incoherent average of initially populated rotational states [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>]. Note that the averages <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are zero. Here, the initial temperature is <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the peak intensities of the FW and SH fields are <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>FW</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>W</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>W</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, and the duration (FWHM) of the pulses are <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>120</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>fs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>]. On the short time scale (first <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ps</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the classical and quantum results are in remarkable agreement, and show the expected immediate response to a kick by a two-color pulse. On the long time scale, the quantum mechanical simulation exhibits distinct quantum revivals of the orientation [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B65">65</xref>]. This transient orientation effect is well studied and was observed in the past [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>].</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>
<italic>Z</italic>-projection of the dipole moment, <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the orientation factor, <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of time for <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> molecule at initial rotational temperature <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here <italic>&#x3bc;</italic> is the magnitude of the dipole moment and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the angle between the dipole moment and laboratory <italic>Z</italic> axis. The solid blue and dotted red lines represent the results of quantum and classical simulations, respectively. The solid green line is the time average defined by <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>19.6</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>ps</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The inset shows a magnified portion of the signals.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g001.tif"/>
</fig>
<p>In the case of symmetric-top molecules considered here, we observe <italic>long-lasting (persistent)</italic> orientation, a previously unreported phenomenon in two-color orientation schemes. The inset in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> demonstrates that after the initial oscillations are washed out, the classical polarization/degree of orientation attains a constant, nonzero value. In the quantum case too, despite its being partially masked by the revivals, the sliding time average of the signal is approximately constant and it persists indefinitely within the adopted model. This long-lasting orientation is one of the main results of this&#x20;work.</p>
<p>Several comments are in order. Additional physical effects can distort the long-term field-free picture of identical periodically appearing revivals seen in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. These include the centrifugal distortion and the radiation emission due to rapidly rotating molecular permanent dipole moment. Dephasing of the rotational states caused by the centrifugal distortion leads to the eventual decay of the revivals&#x2019; peaks [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. Nevertheless, the average dipole remains almost unchanged (see [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]). The radiative emission results in the gradual decrease of the rotational energy [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. However, for a rarefied molecular gas, the estimated relative energy loss during a single revival is very small. The proper description of the behavior on an even longer timescale (nanoseconds), requires the inclusion of collisions and fine structure effects [<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>], which is beyond the scope of the current work. Furthermore, it should be noted that higher laser pulse intensities lead to higher degree of orientation, but when the intensity is high enough for molecular ionization, another effect kicks in, namely orientation mechanism due to selective molecular ionization of molecules with specific orientation [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Considering this kind of orientation is also beyond the scope of this&#x20;work.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4&#x20;Long-Lasting Orientation - A Qualitative Description</title>
<p>An explicit form of the interaction potential [<xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref>] can be obtained by expressing the electric field vector in the rotating molecular frame of reference. For the sake of the current discussion, this can be done conveniently by using an orthogonal rotation matrix parameterized by the three Euler angles, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We use the definition convention adopted in [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>], according to which, <italic>&#x3d5;</italic> and <italic>&#x3b8;</italic> are the standard azimuth and polar angles defining the orientation of the molecular frame <italic>z</italic> axis, and <italic>&#x3c7;</italic> is the additional rotation angle about <italic>z</italic> axis. The basis set in the rotating molecular frame of reference consists of the three principal axes of inertia, <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For molecules belonging to the <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> symmetry group (such as <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), there are three non-zero polarizability components (two of them are equal), and 11&#x20;non-zero hyperpolarizability components (three of which are independent) [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>]. For definiteness, we associate the axis of the three-fold rotational symmetry with the most polarizable molecular principal axis <italic>a</italic> (<italic>z</italic> axis in the rotating frame), having the smallest moment of inertia, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this case, the non-zero polarizability elements are <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the independent hyperpolarizability elements are <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The other non-zero hyperpolarizability elements are obtained by permuting the indices of the independent elements [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>]. The parameters of the <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> molecule are listed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>.</p>
<p>We consider the case of a two-color pulse in which both the FW and SH are polarized along <italic>Z</italic> axis. The interaction potential is obtained by carrying out the summation in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> (where all the quantities are expressed in the basis of principal axes of inertia) and we average over the optical cycle. The resulting potential has two contributions,<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;sin</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;sin</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>To facilitate the qualitative discussion in this section, we let <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These elements of the hyperpolarizability tensor are the smallest (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>), and their omission does not affect the qualitative features of the discussed phenomena. Thus, the hyperpolarizability interaction becomes<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>And <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a function of a single variable <italic>&#x3b8;</italic>&#x2014;the polar angle between the symmetry axis of the molecule (<italic>a</italic> axis) and the laboratory <italic>Z</italic> axis (axis of laser polarization).</p>
<p>The two parts of the interaction potential lead to two distinct effects. <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a symmetric function of <italic>&#x3b8;</italic> (about <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and a kick by such a potential results in molecular alignment (for reviews, see [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]). The second part, <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an asymmetric function of <italic>&#x3b8;</italic>, causing molecular orientation. Transient orientation of linear molecules excited by two-color laser pulses has been observed [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>] and is being studied theoretically [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>]. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> shows the angular dependence of <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>. The orienting potential is proportional to <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, such that the orientation is zero for <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Also, the relative phase can be used to control the orientation direction. To simplify the following expressions, we set <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Angle dependence of the potential <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>, for different relative phases, <italic>&#x3c6;</italic>. Here, <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g002.tif"/>
</fig>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Approximate Classical Formula</title>
<p>In the case of weak excitation, we can derive an approximate classical formula for the degree of long-lasting orientation. Since the long-lasting orientation manifests itself under field-free conditions, we begin by considering the free motion of a single classical symmetric top. The free motion of the unit vector <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m127">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, pointing along the rotational symmetry axis of the molecule, is given by a simple vectorial differential equation <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m129">
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the conserved angular momentum vector, <italic>I</italic> is the moment of inertia along the orthogonal axes <italic>b</italic> and <italic>c</italic> <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The solution of this equation is given by<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <italic>L</italic> is the magnitude of angular momentum and <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is&#x20;vector <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m133">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The above equation describes precession of <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m135">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> around <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m136">
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at a rate <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>). In the special case of&#x20;a linear molecule, <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so that <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> reduces to<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref> describes a uniform rotation of <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m140">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in a plane perpendicular to the angular momentum vector&#x20;<inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m141">
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Illustration of precession of the vector <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m142">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> about the angular momentum vector <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m143">
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. The tip of <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m144">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> describes a circle, while the arrow lies on the surface of a cone. The angular frequency of the precession is <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq.&#x20;14</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g003.tif"/>
</fig>
<p>The degree of long-lasting orientation (see the inset of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>) can be obtained by considering the ensemble average projection of the molecular axis <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m146">
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> on the laboratory <italic>Z</italic> axis, <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and then evaluating its time average <disp-formula id="e16">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mtext>lim</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> defines the end of the two-color pulse (when the free motion begins). Note that for <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>CH</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the molecular dipole, <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m151">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bc;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> points along <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>). Next, we exchange the order of the ensemble and time averaging. The time average of <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> and it reads<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and subindex <italic>f</italic> denotes that all the quantities are taken after the pulse. With the potential in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eqs. 11</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, both <italic>&#x3d5;</italic> and <italic>&#x3c7;</italic> are cyclic coordinates. Therefore, the canonically conjugate angular momenta <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are conserved. As a consequence, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Eq. 17</xref> becomes<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are taken before the pulse. At this stage, we can conclude that the long-lasting orientation is strictly zero when the initial temperature is zero and/or in the limit of a linear rotor. In the first case, <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while in the second case <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, because <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for linear molecules.</p>
<p>For the ensemble averaging, it is advantageous to express all the quantities in the basis of principal axes of inertia. The magnitude of the angular momentum after the pulse, <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is given by<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the values before the pulse, while <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the changes in angular momentum components due to laser excitation. Explicit expressions for <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained using the impulsive approximation. In this approximation, we assume that the duration of the two-color pulse is much shorter than the typical period of molecular rotation, such that the molecular orientation remains unchanged during the pulse. Using this approximation and the Euler-Lagrange equations, we derive the explicit expressions for <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the details are summarized in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix B</xref>),<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>ln</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>64</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>Here <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the peak amplitudes of the FW and SH, respectively. <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is expressed in terms of the molecular frame components <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using the rotation matrix <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, such that<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>Finally, we carry out the ensemble average<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x01B5;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a9;</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m187">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x01B5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the partition function. To simplify the integral, we assume that <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eqs. 19</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>] and expand <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in powers of <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref>]. Only terms proportional to even powers of <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contribute to the integral. We consider the first non-vanishing term proportional to <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, such that [see <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equation S26</xref>]<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a monotonic function of <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the limit of a linear molecule (<inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equation S27 and Figure&#x20;S1</xref>].</p>
<p>For the polarizability interaction alone, <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the hyperpolarizability interaction alone, <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which is a symmetric function (about <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and therefore <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mtext>&#x200b;</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>sin</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <italic>n</italic>. Only when both polarizability and hyperpolarizability interactions are included, <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this case,<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>16</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>105</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eqs. 23</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>, and <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Equation S27</xref>. The details of the derivation of <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> are summarized in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix&#x20;C</xref>.</p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref>, the degree of long-lasting orientation scales as <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref>, we compare the temperature (panel <bold>A</bold>) and pulse duration (panel <bold>B</bold>) dependencies of the long-lasting orientation obtained using the approximate formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> with the numerical results obtained by evaluating the formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref> using the Monte Carlo approach as described in the Methods <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> (using the impulsive approximation, see <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix&#x20;B</xref>).</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Temperature and <bold>(B)</bold> pulse duration dependence of the degree of long-lasting orientation obtained using the approximate formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> (red line) and numerically using the impulsive approximation (blue dots). Here <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>FW</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>W</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.75</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>W</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>120</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>fs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Each point is an average of <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> sample molecules. In <bold>B</bold>, the temperature is fixed to <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g004.tif"/>
</fig>
<p>There is a good agreement between the numerical results and the results obtained using the approximate formula, especially at higher temperatures (higher initial angular momenta), where the assumption <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is well satisfied. The pulse duration dependence shows the connection to the energy gained by the molecule from the laser pulse. In the limit of weak excitation (low pulse intensity and/or high temperature), the approximate formula also reveals the more involved dependence on the fields&#x2019; amplitudes, according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eqs. 23</xref>,&#x20;<xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>.</p>
<p>The hyperpolarizability part of the interaction potential, <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x22c6;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eq. 13</xref>], is an asymmetric function of <italic>&#x3b8;</italic> (about <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>), similar to the orienting potential, which is proportional to <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, due to a single THz pulse interacting with the molecular dipole, <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m219">
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3bc;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. As we show here and as it was shown in [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], excitation by such orienting potentials results in transient orientation followed by residual long-lasting orientation.</p>
<p>Despite the similarity, the mechanisms behind the long-lasting orientation induced by a femtosecond two-color and a picosecond THz pulse are not the same. It was shown in [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] that in the limit of vanishing THz pulse duration, the induced long-lasting orientation tends to zero. In other words, a &#x3b4;-kick by a purely orienting potential doesn&#x2019;t lead to long-lasting orientation. In contrast, here we show that a &#x3b4;-kick by a <italic>combined, aligning and orienting</italic>, potentials results in a long-lasting orientation [see the discussion under <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>, also see <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>].</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Classically calculated permanent values of <italic>Z</italic>-projection of the dipole moment. The field parameters are similar to <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. Cases of fully time-dependent field (solid blue) and using impulsive approximation (dashed red) are compared. The dotted green line is obtained using the approximate formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> with <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (dipole moment points againts <italic>a</italic> axis, see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Temperature and Polarization Dependence of the Long-Lasting Orientation</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> depicts the long-lasting orientation of the dipole moment as a function of temperature for the case of collinearly polarized two-color pulse. Due to the short pulse duration (<inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>120</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>fs</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the results of the fully time-dependent simulation (solid blue line) are well reproduced using the impulsive approximation (dashed red line). The impulsive approximation is described in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Appendix B</xref>. As mentioned in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, the long-lasting orientation vanishes at <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq. 18</xref>). At high temperatures, the long-lasting orientation decreases as <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, there should be an optimal temperature for which the long-lasting orientation is maximal. As is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>, for the field parameters used here, the optimal temperature is <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>K</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the derivation leading to the approximate formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref>, we assumed <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Nevertheless, the results obtained using <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. 28</xref> qualitatively agree with the numerical results at higher temperatures as well (dotted green line).</p>
<p>As an additional example, we consider the case of a cross-polarized two-color pulse in which the polarizations of the FW and SH are along <italic>Z</italic> and <italic>X</italic> axes, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> shows the dipole signal along the laboratory <italic>X</italic> axis. Note that the <italic>Y</italic> and <italic>Z</italic>-projections of the dipole moment, <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are exactly zero. In this case, a similar transient dipole response along the polarization direction of SH can be seen. On the long time scale, it is followed by the long-lasting orientation. Notice that for the field parameters used here, the achieved degree of both transient and long-lasting orientation is higher in the case of cross-polarized FW and SH compared with <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> (also see [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]).</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>
<italic>X</italic>-projection of the dipole moment, <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the orientation factor, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of time. <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the angle between the dipole moment and laboratory <italic>X</italic> axis. The conditions used here are the same as in the case shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, except that the angle between the polarizations of FW and SH is <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SH</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> [see <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. 2</xref>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-689635-g006.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Conclusion</title>
<p>We have theoretically demonstrated a new phenomenon of long-lasting (persistent) orientation of symmetric-top molecules excited by a single two-color femtosecond pulse. The residual orientation was shown to last indefinitely (within the adopted model), or until destroyed by other physical effects, e.g., intermolecular collisions. We derived an approximate classical expression revealing several qualitative features of the phenomenon, including the scaling with temperature, pulse duration, and other field and molecular parameters. The predictions of the formula are in full agreement with the results of numerical simulations in the limit of weak excitation. A quick check for different polarizations showed that in the case of cross-polarized FW and SH, the achieved degree of both transient and long-lasting orientation may be higher than in the case of parallel configuration. The magnitude of the long-lasting dipole signal shown in this work is about <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Debye, corresponding to a degree of molecular orientation of about 0.5%. This value is similar to typical experimental values observed by means of the Coulomb explosion technique, which is of the order of 0.1%, e.g., see [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Further and careful optimization of the parameters of the two-color pulse may give rise to even higher degrees of long-lasting orientation. Moreover, it has been demonstrated before that the degree of molecular alignment/orientation can be enhanced when a sequence of several laser pulses is used instead of a single pulse [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B74">74</xref>], and a similar approach may be beneficial for increasing the degree of the long-lasting orientation. The orientation may be measured with the help of second (or higher-order) harmonic generation [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. In addition, the long-lasting orientation may be utilized in deflection experiments using inhomogeneous electrostatic fields [<xref ref-type="bibr" rid="B75">75</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B77">77</xref>], where the deflection angle of a molecular beam in a static electric field depends on the time-averaged directional cosine, <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cos(</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, although small compared to the peak value of the transient orientation, the long-lasting orientation may have a significant, observable effect on the deflection&#x20;angle.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s7">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>All the authors participated in formulating the problem and initiating this study. LX and IT equally contributed to the calculations and numerical simulations. All the authors participated in analyzing the results and writing the manuscript. YP and IA supervised and guided the&#x20;work.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>We gratefully acknowledge support by the Israel Science Foundation (Grant No. 746/15). IA acknowledges support as the Patricia Elman Bildner Professorial Chair. This research was made possible in part by the historic generosity of the Harold Perlman Family.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec id="s11">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2021.689635/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2021.689635/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seideman</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Colloquium: Aligning Molecules with strong Laser Pulses</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2003</year>) <volume>75</volume>:<fpage>543</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ohshima</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasegawa</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coherent Rotational Excitation by Intense Nonresonant Laser fields</article-title>. <source>Int Rev Phys Chem</source> (<year>2010</year>) <volume>29</volume>:<fpage>619</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleischer</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khodorkovsky</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prior</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Molecular Alignment Induced by Ultrashort Laser Pulses and its Impact on Molecular Motion</article-title>. <source>Isr J&#x20;Chem</source> (<year>2012</year>) <volume>52</volume>:<fpage>414</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lemeshko</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krems</surname>
<given-names>RV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Doyle</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kais</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Manipulation of Molecules with Electromagnetic fields</article-title>. <source>Mol Phys</source> (<year>2013</year>) <volume>111</volume>:<fpage>1648</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koch</surname>
<given-names>CP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lemeshko</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sugny</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Quantum Control of Molecular Rotation</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2019</year>) <volume>91</volume>:<fpage>035005</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Faucher</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Spatiotemporal Rotational Dynamics of Laser-Driven Molecules</article-title>. <source>Adv Photon</source> (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>024002</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Friedrich</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herschbach</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Enhanced Orientation of Polar Molecules by Combined Electrostatic and Nonresonant Induced Dipole Forces</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1999</year>) <volume>111</volume>:<fpage>6157</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nanjo</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tanji</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Suzuki</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Controlling the Orientation of Polar Molecules with Combined Electrostatic and Pulsed, Nonresonant Laser fields</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2003</year>) <volume>90</volume>:<fpage>083001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goban</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Laser-field-free Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2008</year>) <volume>101</volume>:<fpage>013001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ghafur</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rouz&#xe9;e</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gijsbertsen</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Siu</surname>
<given-names>WK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stolte</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vrakking</surname>
<given-names>MJJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Impulsive Orientation and Alignment of Quantum-State-Selected NO Molecules</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2009</year>) <volume>5</volume>:<fpage>289</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Holmegaard</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nielsen</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nevo</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Filsinger</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>K&#xfc;pper</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Laser-induced Alignment and Orientation of Quantum-State-Selected Large Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>102</volume>:<fpage>023001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mun</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Takei</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Laser-field-free Orientation of State-Selected Asymmetric Top Molecules</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>051402(R)</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Takei</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mun</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Laser-field-free Three-Dimensional Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2016</year>) <volume>94</volume>:<fpage>013401</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Omiste</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-F&#xe9;rez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theoretical Description of the Mixed-Field Orientation of Asymmetric-Top Molecules: A Time-dependent Study</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2016</year>) <volume>94</volume>:<fpage>063408</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thesing</surname>
<given-names>LV</given-names>
</name>
<name>
<surname>K&#x00FC;pper</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#x00E1;lez-F&#x00E9;rez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Time-dependent Analysis of the Mixed-Field Orientation of Molecules without Rotational Symmetry</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>146</volume>:<fpage>244304</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Harde</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keiding</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grischkowsky</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>THz Commensurate Echoes: Periodic Rephasing of Molecular Transitions in Free-Induction Decay</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1991</year>) <volume>66</volume>:<fpage>1834</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arvieu</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Angular Focusing, Squeezing, and Rainbow Formation in a Strongly Driven Quantum Rotor</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2001</year>) <volume>87</volume>:<fpage>163601</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Machholm</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henriksen</surname>
<given-names>NE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Field-free Orientation of Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2001</year>) <volume>87</volume>:<fpage>193001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fleischer</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Field</surname>
<given-names>RW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nelson</surname>
<given-names>KA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Molecular Orientation and Alignment by Intense Single-Cycle THz Pulses</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2011</year>) <volume>107</volume>:<fpage>163603</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kitano</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ishii</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanda</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matsumoto</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kanai</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuwata-Gonokami</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Orientation of Jet-Cooled Polar Molecules with an Intense Single-Cycle THz Pulse</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2013</year>) <volume>88</volume>:<fpage>061405(R)</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Damari</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kallush</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleischer</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rotational Control of Asymmetric Molecules: Dipole- versus Polarizability-Driven Rotational Dynamics</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>) <volume>117</volume>:<fpage>103001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Babilotte</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hamraoui</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Billard</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hertz</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lavorel</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Faucher</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Observation of the Field-free Orientation of a Symmetric-Top Molecule by Terahertz Laser Pulses at High Temperature</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2016</year>) <volume>94</volume>:<fpage>043403</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prior</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Long-lasting Molecular Orientation Induced by a Single Terahertz Pulse</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2020</year>) <volume>125</volume>:<fpage>013201</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Daems</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu&#xe9;rin</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sugny</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jauslin</surname>
<given-names>HR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Efficient and Long-Lived Field-free Orientation of Molecules by a Single Hybrid Short Pulse</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>94</volume>:<fpage>153003</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gordon</surname>
<given-names>RJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Orientation of Molecules via Laser-Induced Antialignment</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2006</year>) <volume>73</volume>:<fpage>061401(R)</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Egodapitiya</surname>
<given-names>KN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jones</surname>
<given-names>RR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Terahertz-induced Field-free Orientation of Rotationally Excited Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>:<fpage>103002</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yachmenev</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yurchenko</surname>
<given-names>SN</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Detecting Chirality in Molecules by Linearly Polarized Laser fields</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2016</year>) <volume>117</volume>:<fpage>033001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Orienting Asymmetric Molecules by Laser fields with Twisted Polarization</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2018</year>) <volume>120</volume>:<fpage>083204</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gold</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Selective Orientation of Chiral Molecules by Laser fields with Twisted Polarization</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem Lett</source> (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>1105</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Milner</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fordyce</surname>
<given-names>JAM</given-names>
</name>
<name>
<surname>MacPhail-Bartley</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wasserman</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Milner</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Controlled Enantioselective Orientation of Chiral Molecules with an Optical Centrifuge</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2019</year>) <volume>122</volume>:<fpage>223201</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Flo&#xdf;</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brumer</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Laser-induced Persistent Orientation of Chiral Molecules</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2019</year>) <volume>100</volume>:<fpage>043406</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Flo&#xdf;</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brumer</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Milner</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Observation of Persistent Orientation of Chiral Molecules by a Laser Field with Twisted Polarization</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2020</year>) <volume>101</volume>:<fpage>021403(R)</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Field</surname>
<given-names>RW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nelson</surname>
<given-names>KA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prior</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Enantioselective Orientation of Chiral Molecules Induced by Terahertz Pulses with Twisted Polarization</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2021</year>) <volume>3</volume>:<fpage>013249</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vrakking</surname>
<given-names>MJJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stolte</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coherent Control of Molecular Orientation</article-title>. <source>Chem Phys Lett</source> (<year>1997</year>) <volume>271</volume>:<fpage>209</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dion</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bandrauk</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Atabek</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keller</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Umeda</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujimura</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Two-frequency IR Laser Orientation of Polar Molecules. Numerical Simulations for HCN</article-title>. <source>Chem Phys Lett</source> (<year>1999</year>) <volume>302</volume>:<fpage>215</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kanai</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Numerical Simulations of Molecular Orientation Using strong, Nonresonant, Two-Color Laser fields</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2001</year>) <volume>115</volume>:<fpage>5492</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Takemoto</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamanouchi</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fixing Chiral Molecules in Space by Intense Two-Color Phase-Locked Laser fields</article-title>. <source>Chem Phys Lett</source> (<year>2008</year>) <volume>451</volume>:<fpage>1</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Znakovskaya</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ray</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Anis</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>NG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bocharova</surname>
<given-names>IA</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Field-Free Orientation of CO Molecules by Femtosecond Two-Color Laser Fields</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2009</year>) <volume>103</volume>:<fpage>153002</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Oda</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hita</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minemoto</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>All-optical Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2010</year>) <volume>104</volume>:<fpage>213901</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zeng</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Field-free Molecular Orientation Control by Two Ultrashort Dual-Color Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2010</year>) <volume>81</volume>:<fpage>053401</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Field-free Molecular&#x20;Orientation by a Multicolor Laser Field</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>023416</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Frumker</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hebeisen</surname>
<given-names>CT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kajumba</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bertrand</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
<name>
<surname>W&#xf6;rner</surname>
<given-names>HJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spanner</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Oriented Rotational Wave-Packet Dynamics Studies via High Harmonic Generation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>113901</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Spanner</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Patchkovskii</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frumker</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Corkum</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mechanisms of Two-Color Laser-Induced Field-free Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>113001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Znakovskaya</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spanner</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>De</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ray</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Corkum</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Transition between Mechanisms of Laser-Induced Field-free Molecular Orientation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2014</year>) <volume>112</volume>:<fpage>113005</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mun</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Improving Molecular Orientation by Optimizing Relative Delay and Intensities of Two-Color Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2018</year>) <volume>98</volume>:<fpage>013404</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mun</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakai</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-F&#xe9;rez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Orientation of Linear Molecules in Two-Color Laser fields with Perpendicularly Crossed Polarizations</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2019</year>) <volume>99</volume>:<fpage>053424</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mun</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>DE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Field-free Molecular Orientation by Delay- and Polarization-Optimized Two Fs Pulses</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2020</year>) <volume>10</volume>:<fpage>18875</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mellado-Alcedo</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quintero</surname>
<given-names>NR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-F&#xe9;rez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Linear Polar Molecule in a Two-Color Cw Laser Field: A Symmetry Analysis</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2020</year>) <volume>102</volume>:<fpage>023110</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henriksen</surname>
<given-names>NE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimal Field-Free Molecular Orientation with Nonresonant Two-Color Adiabatic-Turn-On and Sudden-Turn-Off Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2020</year>) <volume>102</volume>:<fpage>063120</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goldstein</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poole</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Safko</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Classical Mechanics</source>. <publisher-loc>San Francisco, CA</publisher-loc>: <publisher-name>Addison-Wesley</publisher-name> (<year>2002</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Coutsias</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Romero</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <source>The Quaternions with an Application to Rigid Body Dynamics</source>. <publisher-name>Sandia Technical Report</publisher-name> (<year>2004</year>) <comment>SAND2004-0153</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuipers</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Quaternions and Rotation Sequences: A Primer with Applications to Orbits, Aerospace and Virtual Reality</source>. <publisher-loc>Princeton, N.J.</publisher-loc>: <publisher-name>Princeton University Press</publisher-name> (<year>1999</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tutunnikov</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ji</surname>
<given-names>Q</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>All-optical Field-free Three-Dimensional Orientation of Asymmetric-Top Molecules</article-title>. <source>Nat Commun</source> (<year>2018</year>) <volume>9</volume>:<fpage>5134</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>LaValle</surname>
<given-names>SM</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Planning Algorithms</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2006</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zare</surname>
<given-names>RN</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Angular Momentum: Understanding Spatial Aspects in Chemistry and Physics</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>1988</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buckingham</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Advances in Chemical Physics</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name> (<year>2007</year>). p. <fpage>107</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. <article-title>Permanent and Induced Molecular Moments and Long-Range Intermolecular Forces</article-title>. </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sidje</surname>
<given-names>RB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Expokit: A Software Package for Computing Matrix Exponentials</article-title>. <source>ACM Trans Math Softw</source> (<year>1998</year>) <volume>24</volume>:<fpage>130</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>McDowell</surname>
<given-names>RS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rotational Partition Functions for Symmetric-top Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>1990</year>) <volume>93</volume>:<fpage>2801</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Johnson</surname>
<given-names>RD</given-names>
</name>
</person-group>. <source>NIST Computational Chemistry Comparison and Benchmark Database, Release 20</source>. <publisher-name>Tech. Rep</publisher-name> (<year>2019</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>DP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Theoretical Calculations of Dipole Moments, Polarizabilities, and Hyperpolarizabilities of HF, OCS, O<sub>3</sub>, CH<sub>3</sub>F, and CH<sub>3</sub>Cl by Local Density Approximation</article-title>. <source>J&#x20;Chin Chem Soc</source> (<year>1992</year>) <volume>39</volume>:<fpage>375</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Eberly</surname>
<given-names>JH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Narozhny</surname>
<given-names>NB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sanchez-Mondragon</surname>
<given-names>JJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Periodic Spontaneous Collapse and Revival in a Simple Quantum Model</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1980</year>) <volume>44</volume>:<fpage>1323</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Parker</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stroud</surname>
<given-names>CR</given-names>
<suffix>Jr.</suffix>
</name>
</person-group> <article-title>Coherence and Decay of Rydberg Wave Packets</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>1986</year>) <volume>56</volume>:<fpage>716</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perelman</surname>
<given-names>NF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fractional Revivals: Universality in the Long-Term Evolution of Quantum Wave Packets beyond the Correspondence Principle Dynamics</article-title>. <source>Phys Lett A</source> (<year>1989</year>) <volume>139</volume>:<fpage>449</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Felker</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rotational Coherence Spectroscopy: Studies of the Geometries of Large Gas-phase Species by Picosecond Time-Domain Methods</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem</source> (<year>1992</year>) <volume>96</volume>:<fpage>7844</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Robinett</surname>
<given-names>RW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Quantum Wave Packet Revivals</article-title>. <source>Phys Rep</source> (<year>2004</year>) <volume>392</volume>:<fpage>1</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thomas</surname>
<given-names>EF</given-names>
</name>
<name>
<surname>S&#xf8;ndergaard</surname>
<given-names>AA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shepperson</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henriksen</surname>
<given-names>NE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hyperfine-structure-induced Depolarization of Impulsively Aligned I<sub>2</sub> Molecules</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2018</year>) <volume>120</volume>:<fpage>163202</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thesing</surname>
<given-names>LV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yachmenev</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#x00E1;lez-F&#x00E9;rez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>K&#x00FC;pper</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Effect of Nuclear-Quadrupole Coupling in the Laser-Induced Alignment of Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Phys Chem A</source> (<year>2020</year>) <volume>124</volume>:<fpage>2225</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buckingham</surname>
<given-names>AD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Orr</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Molecular Hyperpolarisabilities</article-title>. <source>Q Rev Chem Soc</source> (<year>1967</year>) <volume>21</volume>:<fpage>195</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Leibscher</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rabitz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Molecular Alignment by Trains of Short Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2003</year>) <volume>90</volume>:<fpage>213001</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Leibscher</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rabitz</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Enhanced Molecular Alignment by Short Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2004</year>) <volume>69</volume>:<fpage>013402</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>KF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Litvinyuk</surname>
<given-names>IV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dooley</surname>
<given-names>PW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spanner</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villeneuve</surname>
<given-names>DM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Corkum</surname>
<given-names>PB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Two-pulse Alignment of Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Phys B: Mol Opt Phys</source> (<year>2004</year>) <volume>37</volume>:<fpage>L43</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bisgaard</surname>
<given-names>CZ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poulsen</surname>
<given-names>MD</given-names>
</name>
<name>
<surname>P&#x00E9;ronne</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Viftrup</surname>
<given-names>SS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Observation of Enhanced Field-free Molecular Alignment by Two Laser Pulses</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2004</year>) <volume>92</volume>:<fpage>173004</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pinkham</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mooney</surname>
<given-names>KE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jones</surname>
<given-names>RR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optimizing Dynamic Alignment in Room Temperature CO</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>2007</year>) <volume>75</volume>:<fpage>013422</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B74">
<label>74.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Field-free Molecular Orientation Enhanced by Two Dual-Color Laser Subpulses</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2011</year>) <volume>135</volume>:<fpage>034301</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B75">
<label>75.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Electric Deflection of Rotating Molecules</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2011</year>) <volume>134</volume>:<fpage>054304</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B76">
<label>76.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gershnabel</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Averbukh</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Deflection of Rotating Symmetric Top Molecules by Inhomogeneous fields</article-title>. <source>J&#x20;Chem Phys</source> (<year>2011</year>) <volume>135</volume>:<fpage>084307</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B77">
<label>77.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>K&#x00FC;pper</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Filsinger</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meijer</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stapelfeldt</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Manipulating the Motion of Complex Molecules: Deflection, Focusing, and Deceleration of Molecular Beams for Quantum-State and Conformer Selection</article-title>, in <conf-name>Methods in Physical Chemistry</conf-name>. <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name> (<year>2012</year>). p. <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>28</lpage>. </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>