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华中科大实现阿秒尺度的分子动力学测量

发布时间: 2017-08-28 10:54:04   作者:本站编辑   来源: 华中科大   浏览次数:
         7月21日,物理学权威学术期刊《物理评论快报》(Physics Review Letters)以编辑推荐(Editors’ Suggestion)形式在线刊发了我院超快光学实验室与合作者在阿秒(10-18s)时间尺度探测分子核动力学的最新研究成果:《基于轨道分辨高次谐波光谱的阿秒尺度分子核动力学探测》(Attosecond Probing of Nuclear Dynamics with Trajectory-Resolved High-Harmonic Spectroscopy)。我校为第一单位,我院兰鹏飞教授为论文第一作者,德国汉诺威莱布尼兹大学Manfred Lein教授和我院陆培祥教授为论文共同通讯作者。
      当超快强激光与原子分子相互作用时,由于非微扰高阶非线性效应,会发生高次谐波辐射现象。高次谐波辐射可以用来产生阿秒(10-18s)激光,这也为超快探测技术带来了前所未有的时间分辨率。同时,结合高次谐波产生过程中电子德布罗意波长极短的特点,这一技术也开辟了阿秒时间尺度和埃(10-10m)空间尺度四维高分辨测量的新领域。
      一般而言,高次谐波辐射过程中每半个激光周期内(1.35×10-15s)有两条费曼量子路径对谐波辐射产生贡献。根据每条费曼路径的特性,高次谐波的光子频率和辐射时间一一对应,这一特征可以用于阿秒时间分辨的测量。但单一费曼路径丢失大量信息的问题一直困扰着阿秒领域的科学家。我院超快光学实验室在2014年发现了反常的高次谐波辐射光谱,并从理论上揭示反常高次谐波光谱是由时间依赖的瞬时相位匹配引起的。基于瞬时相位匹配原理,陆培祥教授研究团队经过三年努力成功在空间和频域上分辨出了不同的费曼路径,并建立了不同费曼路径高次谐波的光子频率和时间的一对一映射,从而获得了更完整的信息和时间测量范围。目前,利用该技术成功测量了同位素分子(H2和D2、CH4和CD4、NH3和ND3)的核间距随时间变化的动力学过程,时间分辨率达到100阿秒,空间分辨率达到亚埃量级,这也是实验上时间和空间分辨率同时能够达到的最好水平。
      该工作的实验部分由陆培祥教授领导的超快光学实验室完成,理论部分得到了德国Manfred Lein教授的支持。该工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、重点项目等资助。
 
论文地址:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.033201
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