一窥分子中的电子重排

最近,美国和加拿大的科学家成功使用"超快激光"(ultrafast laser)观测到分子形状发生变化时其内部电子运动,这使得科学家在原子和电子尺度理解化学变化上前进了一步。论文发表在11月21日出版的美国《科学》(Science)杂志上。     

多脉冲飞秒激光烧蚀中反射率的变化对激光烧蚀阈值影响的研究

为了提高飞秒激光微加工的精度,研究了多脉冲飞秒激光烧蚀积累效应形成的机理。以铜靶为例,利用时域有限差分法(FDTD)对双温方程进行求解,得到了电子、离子亚系统温度及激光烧蚀阈值随反射率变化的规律。结果表明:在多脉冲激光烧蚀中前一个脉冲激光破坏了靶材表面的结构,使激光的反射率下降,导致后一脉冲激光烧蚀阈值大幅度下降。这解释了多脉冲飞秒激光烧蚀中烧蚀阈值不断变化的现象。同时,它表明在多脉冲飞秒激光加工过程中,我们必须考虑反射率的变化对激光烧蚀的影响才能实现高精微加工。     

飞秒强激光场下分子的场致电离和库仑爆炸

利用飞行时间质谱仪和飞秒激光放大系统,对分子在飞秒强激光脉冲作用下的场致电离和库仑爆炸过程进行了研究.在飞行时间质谱中,原子离子的谱峰分裂标志着这些原子离子来源于高价母体离子的库仑爆炸.通过对不同结构的分子在飞秒强激光下的库仑爆炸研究,发现这些分子离子的爆炸是一个协同过程.母体离子的角分布呈现了高度的各向同性,而原子离子则呈现了高度的各向异性分布.这说明分子在飞秒激光场中发生了空间准直和重新定位.     

科学追踪

概述:今年10月世界科技领域引人注目的事件是2002年诺贝尔科学奖揭晓,以及第三世界科学院院士大会通过《德里宣言》。此外,在生物技术领域,10月29日,由美、英、中、日、加等5国参与的国际遗传变异图谱计划正式宣布启动;传播疟疾的蚊子基因组图谱绘成;全球三大蛋白质数据库将合而为一;我国第一头以冷冻技术培育出的体细胞克隆牛。在信息技术领域引人注目的成果有:量子密码技术获新进展、美研制出世界最小的计算机电路。在环保领域,科学家发现南极上空臭氧层空洞已经一分为二。在农业科技领域受到关注的事件是美有机食品标签制度正式生效。在基础研究领域的重大成果有科学家利用飞秒激光成功观测电子运动,科学家首次观察到反物质原子内部结构。     

1988年诺贝尔物理、化学、生理奖揭晓

物理奖授予美国科学家利昂·莱德曼、梅尔文·施瓦茨和杰克·斯坦伯格,以表彰他们从事的中微子波束工作以及通过发现μ介子中微子从而对轻粒子对称结构进行论证的贡献。 化学奖授予联邦德国科学家约翰·德森霍弗、罗伯特·休伯和哈特穆特·米歇尔。他们首先成功地阐明了带膜的蛋白质详细构成情况,揭示了分子内每个原子的结构。从而确定了光合作用反应中心的立体结构。     

激光场中电子-氙原子散射

在电子入射方向平行于激光场的极化方向这种特殊的散射模式下,把二阶玻恩近似理论推广到电子与较重惰性原子-氙原子散射的过程,计算了小角度(5°～25°)情况下激光辅助电子与氙原子散射交换单光子、双光子和三光子的微分散射截面.并对计算结果进行了分析,对比电子与其它惰性原子散射过程,表明用二阶玻恩近似理论解释在激光场下电子与较重惰性原子散射也是比较成功的.     

kHz 脉冲分子束的产生及其在强场原子分子物理实验中的应用

采用悬臂压电脉冲阀, 制备出最高重复频率达到3 kHz 的脉冲分子束。通过测量氮气分子束在飞秒激光作用下隧道电离生成的N2 +(B-X)荧光光谱, 对脉冲阀的性能做了表征。这种kHz 脉冲分子束搭配kHz 飞秒激光器, 将推动飞秒强激光驱动的原子分子动力学实验研究。     

阿秒科学前沿开拓与强场量子相干控制研究

该研究产生更短脉宽、更高光子能量与更高亮度的阿秒相干光源以及原子分子中阿秒电子波包的探测和控制,预期目标主要包括:(1)实现亚飞秒时间尺度和原子级空间尺度内实时观测和控制电子动力学行为;(2)在多电子弛豫过程中,电子重排、电子-电子碰撞动力学等多电子复杂动力学研究中取得若干突破;(3)揭示有重要意义的化学反应的电子动力学物理本质。探索阿秒脉冲作用下物质的电子动力学新规律及其应用。开展中红外激光与气体介质相互作用产生高次谐波的实验和理论研究,采用双色场方法获得高次谐波连续谱,为进一步将阿秒脉冲宽度测量和光子能量推进到"水窗"做准备。从理论上深入了解分子结构和反应通道和分子高次谐波之间的联系,以及和激光参数之间的关系,为实验研究做准备。获得了一些系列研究成果,包括发现太赫兹辐射波形可以通过改变驱动激光脉冲的CEP而实现控制,在光丝等离子体中太赫兹辐射发生极性反转,利用周期量级极端超快激光脉冲光场自身的不对称性获得增强的太赫兹辐射;发现基于独立电子近似的遂穿模型不能解释次序双电离中的许多现象等。     

量子调控NaI分子的解离动力学

利用含时量子波包法理论研究了Na 分子与超快飞秒激光脉冲场作用后的解离动力学。受到非绝热效应的影响,NaI分子的激发态波包传播到势能面的交叉区域时发生了分裂。一部分波包转移到V1态势能面上,另一部分波包则在V2态上解离成Na原子和I原子。研究结果表明,NaI分子的解离几率与激发态波包的传播速率有关。通过调节飞秒激光脉冲场的波长和脉冲宽度,可以改变激发态波包的传播速率,最终达到控制NaI分子解离动力学的目的。     

科学家发现超级原子

美国弗吉尼亚共同体大学物理学教授施夫·汉纳等人成功地发现了由13个铝原子组成的"超级原子",并将这个"超级原子"命名为AL13,AL是铝的符号,13表示它具有13个普通铝原子。很早以来科学家就企图寻找由多个单个原子组成的"超级原子",他们希望这种"超级原子"具有现有单个原子不具有的化学性质,施夫·汉纳等人的工作是一个新突破。     

含时密度泛函方法模拟氦原子高次谐波的产生

采用含时密度泛函(TDDFT)方法,结合赝势模型和电子交换相关作用的广义梯度近似,模拟了氦原子在超强飞秒激光脉冲(2×1014W.cm-2,616 nm)作用下的高次谐波产生现象.结果表明:氦原子的高次谐波谱具有典型原子谐波谱的特征,截止频率为41.     

飞秒激光微爆加工铌酸锂晶体

利用紧聚焦飞秒激光脉冲入射到铌酸锂（LiNbO3）晶体中引起微爆,可以在晶体内部进行微爆加工．与各向同性的熔融石英不同,因为铌酸锂晶体的各向异性,微爆加工点在垂直晶轴的截面上表现出强烈的各向异性．我们利用狭缝光阑对入射飞秒高斯光束进行整形,改变了光束的能量分布,成功地减小加工点的各向异性,获得尺寸较一致的微爆单元．另外发现由于折射率失配的存在,飞秒脉冲激光聚焦深度不一样时,微爆加工点在沿晶轴方向的截面形状和尺寸都有很大的变化,对此也进行了理论和实验上的分析．     

由对碰脉冲锁模激光器获得18fs光脉冲

中山大学物理学系林位株、莫党等最近成功地由对碰脉冲锁模环型染料激光器(简称CPM)直接获得18fs(18×10~(-15)s)激光脉冲.据了解,这是目前世界上由此类激光器直接产生的最短光脉冲.该CPM 激光器是一个改进型的六镜四棱镜系统.与典型的CPM 系统比较,它采用了新的谐振腔设计和较短焦距的泵浦聚焦镜,使该系统具有较低的连续波泵浦阈值和较宽的频带.该激光器输出的飞秒脉冲宽度由计算机控制的精密     

NIM的微波－光学频率基准研究 ———复现米和秒定义

报道中国计量科学研究院（NIM）在微波－光学频率计量研究的新进展：用NIM４激光冷却－铯原子 喷泉钟复现国际单位制（SI）时间单位秒（s）,用飞秒（FS）光学频率梳间接复现长度单位米（m）并标定稳频 激光波长实际实施米定义。NIM４铯原子喷泉钟的不确定度达到５×１０－１５,飞秒（FS）光梳锁定到NIM４钟控制的 氢钟后,其频率不确定度为２畅２×１０－１４。在此基础上讨论铯原子喷泉钟、稳频激光、FS光梳的作用、意义和相互 关系。最后简要介绍NIM５铯原子喷泉钟的研究进展和２００６年起NIM立题研制锶原子存储     

机遇只偏爱有准备的头脑

德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(1845-1923),于1901年成为第一个获得诺贝尔物理学奖的人,获奖原因是他发现了X射线。有人说,伦琴的发现纯属于一种偶然,偶然得甚至令人不可思议,因为X射线早已是有关科学家们“司空见惯”、“不以为然”的东西了。     

激光损伤过程中导带电子产生机理

价带电子跃迁至导带形成自由电子,长激光脉冲作用时,自由电子吸收能量并传给晶格,使材料温度升高;短激光脉冲作用时,自由电子发生碰撞离化,使导带中电子数目急剧上升,当材料达到一定温度或自由电子达到临界浓度时便发生损伤.随着激光技术的发展,人们不断的完善导带电子的产生机理,以达到计算值与实验结果相一致;激光脉冲越短,越多的光-电子相互作用机制会影响导带电子的产生,雪崩离化、多光子离化、导带电子衰减及导带电子能量分布等相互耦合,导带自由电子的产生过程非常复杂.文中综述了激光损伤过程中导带电子产生的机理模型,并提出了应用于亚皮秒及飞秒激光脉冲的耦合多速率方程.     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

纳米材料制备过程中的激光方法研究

就纳米材料制备过程中的激光方法(激光诱导化学气相沉积法(LICVD)、激光高温烧灼法、激光加热蒸发法、激光分子束外延(LMBE)、激光诱导液-固界面法、激光气相合成法、飞秒激光法、激光聚集原子沉积法、激光脉冲沉积法(PLD)等)作了简短的介绍,并就一些制备方法的优缺点进行了比较.     

飞秒激光照射金纳米颗粒的分子动力学模拟

在分子动力学的基础上引入了双温度模型,对飞秒激光照射金纳米颗粒的相变传热过程进行了模拟研究。利用序参数法对传热过程中颗粒内部固液相变的发生进行了判别,并获取了纳米颗粒受飞秒激光照射的熔化特性,在此基础上研究了不同大小的激光能量对熔化过程的影响。结果表明,在飞秒激光照射金纳米颗粒的过程中,当颗粒内部相变发生时,金原子的空间分布由面心立方规则排列逐渐变为不规则无序的松散排列,纳米颗粒内部所有区域都发生了熔化现象,不存在一个明显的固液模拟界面。随着激光的不断照射,熔化比例逐渐增加。     

2001年诺贝尔物理奖、化学奖及生理学或医学奖揭晓

受聘于美国麻省理工学院的德国科学家沃尔夫·科特勒 (Wolfgang Kettrle)、美国科罗拉州玻尔德交叉科学研究中心的卡尔·维曼 (Carl E.Wiemen)和美国国家标准与技术研究所的埃里克·康奈尔 (Eric A.Cornell) ,他们根据玻色 -爱因斯坦理论成功地发现了新的物质状态——玻色 -爱因斯坦凝聚态 (BEC) ,从而分享了本年度的诺贝尔物理奖。美国加利福尼亚斯克里普斯研究所科学家巴里·夏普莱斯 (Barry Sharpless)与美国密苏里州圣路易斯市孟山都公司的威廉·诺尔斯 (Willian Knowles)和日本名古屋大学的野依良治 (Ryoji Noyon) ,因发展了催…