原子分子超快动力学研究获进展

随着信息技术的不断发展，当前以电子为信息载体的技术手段已经不断趋近于其发展极限，不断缩小的集成电路开始展现出量子特性。在此背景下，人们迫切需要在超快时间尺度和超短的空间尺度上精确了解电子的运动规律。飞秒（10-15秒）量级的超短激光脉冲是人们研究原子分子中电子运动的理想工具。结合人们对于原子分子体系的认识，使用飞秒激光脉冲，人们已经可以在阿秒（10-18秒）量级的时间精度和埃(10-10米)量级的空间精度上对原子分子中的电子波函数进行成像，相关研究还将为人们观测和控制分子化学反应过程奠定坚实的科学基础。

当原子处于飞秒强激光场中时，处于束缚态的电子会通过隧道电离的途径变成自由电子，并在激光场的作用下回到原子实附近并发生弹性或非弹性散射，导致一系列强场原子物理现象（如高次谐波产生、阿秒光脉冲产生、高阶阈上电离和多电子电离等）的发生。隧道电离电子可以在第一次返回原子实时发生散射，也有可能在第二次甚至更高次返回时才发生散射。已有研究对于第一次返回电子轨道有比较清楚的认识，而对于多次返回电子轨道，其物理效应和重要性则是一个长期以来颇受争论的问题。深入认识多次返回电子轨道行为对理解飞秒强激光场中的隧道电离电子运动及相关物理过程具有重要意义。

中科院武汉物理与数学研究所柳晓军研究员领导的原子分子超快动力学小组与北京应用物理与计算数学所、上海光学精密机械研究所以及德国Max Born研究所紧密合作，通过实验测量椭圆偏振激光脉冲下惰性气体原子高阶阈上电离光电子谱，系统研究了第一次与多次返回电子轨道行为及其对原子阈上电离过程的影响。研究发现，随着激光椭偏率的增大，高阶阈上电离光电子谱中对应不同能量区域的光电子产量出现不同程度的降低。相对而言，较低能的电子产量随着椭偏率下降更慢一些，而更高能的电子产量下降更快一些。量子轨道理论计算很好地重复了实验结果，进一步分析表明：不同能量区域电子产量随激光椭偏率的不同变化行为反映了第一次与多次返回电子轨道对激光椭偏率的不同依赖性；增大激光椭偏率可以增大多次返回轨道对原子阈上电离过程的贡献。研究工作帮助我们深入认识了飞秒强激光场驱动的隧道电离电子行为，为进一步实现对电子运动的超快调控奠定了基础。

相关结果发表在《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 110, 043002 (2013)）。

该项目得到了“973”计划和国家自然科学基金的支持。（来源：中科院武汉物理与数学研究所）

特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。

飞秒强激光为在原子时空尺度(阿秒时间与亚埃空间尺度)探测物质微观结构及电子超快动力学提供了重要手段。近日，我国专家在利用飞秒强激光探测原子分子结构及电子超快动力学研究方面取得重要进展。
飞秒强激光诱导的电离电子波包或可重新返回母离子实并与之发生再散射过程，由再散射引起的高次谐波谱或光电子谱为探测原子分子结构及电子态超快演化提供有效途径。当前，发展时空高分辨的原子分子结构及动力学探测方法为研究领域广泛关注。
中国科学院武汉物理与数学研究所柳晓军研究员、全威研究员等人与北京应用物理与计算数学研究所陈京研究员、吴勇副研究员等合作，提出一种新的激光诱导非弹性电子衍射方案，并采用这一方案实验测定了电子与惰性气体离子碰撞引起的非弹性散射微分截面。
据介绍，在这一方案中，专家利用飞秒强激光驱动原子产生的再散射电子波包替代传统电子束，通过电子碰撞的方法对惰性气体母离子结构进行探测。结合武汉物数所前期建成的高分辨电子-离子动量谱仪装置与符合测量方法，他们实验测量了对应于电子-离子碰撞电离过程的光电子二维动量谱，并从中提取出电子与母体离子作用的非弹性散射微分截面，实验结果与扭曲波波恩近似理论计算结果吻合。
这一方案继承了传统电子衍射方法的超高空间分辨优点，而且具有超高时间分辨能力，为在飞秒乃至阿秒时间尺度研究激光诱导的原子分子超快动力学过程提供了重要手段。相关研究成果近期发表在学术期刊《物理评论快报》上。
著作权归作者所有。
商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
链接：https://www.instrument.com.cn/news/20171225/236644.shtml
来源：仪器信息网
飞秒泵浦-探测技术是一种可以在原子运动时间尺度上实时观测化学反应的有力手段，在飞秒泵浦-探测技术基础上发展起来的分子超快动力学是当前分子反应动力学研究领域的热点和焦点之一。
中科院武汉物理与数学研究所-武汉国家光电实验室张冰研究员领导的研究团队一直从事分子超快动力学方面的研究。近日，该团队利用飞秒泵浦-探测技术与飞行时间质谱和光电子影像技术相结合，对碘甲烷分子的B带预解离超快动力学过程进行了研究并取得重大进展。通过采集不同时刻下的光电子影像(见下图)，获得了分子电离时的光电子能量和角度分布，并得到它们随泵浦-探测时间延迟变化的动态信息。实验中观察到碘甲烷母体的三种电离通道。通过光电子影像，直观地研究了碘甲烷分子的B带预解离过程，实验测得B带与A带交叉发生预解离的时间为1.55 ps。
 
不同时间延迟下的光电子影像
该项工作得到国家自然科学基金项目的支持，结果发表在《光学快讯》(Optics Express) (2009，17(13)：10506-10513)上。
著作权归作者所有。
商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
链接：https://www.instrument.com.cn/news/20091020/35080.shtml
来源：仪器信息网