分子阿秒超快动力学精密测量与调控

少周期飞秒脉冲激光和桌面化极紫外阿秒光源的发展为在原子分子层面探究电子和原子核超快运动提供了飞秒到阿秒时间尺度的探测标尺。围绕双光子干涉阿秒拍频重构技术、阿秒条纹相机技术、阿秒钟技术以及阿秒瞬态吸收光谱技术等不同的阿秒测量谱学方法，主要梳理了飞秒和阿秒光脉冲在分子电离解离超快精密测控领域的最新进展，探讨了分子化学键断裂重组过程中的电子跃迁、电荷转移、电子-电子关联、电子-原子核振转耦合等超快动力学行为。     

多电子动力学的强场调控与阿秒探测

作为一种新型的超短极紫外/软X射线相干光源,阿秒脉冲推动了物质科学的新发展.它使得人们可以深入物质内部,对各种原子尺度的微观过程,以电子运动的自然时间尺度(1 as～10-18s)实现前所未有的时空分辨和超快调控.阿秒脉冲的产生和应用与强激光脉冲驱动的物质内电子亚周期的超快动力学密切相关.对其的研究,有助于在时域、相位...     

阿秒脉冲产生的技术原理及进展

随着超短脉冲激光技术的快速发展,人们观察超快动力学的视野从飞秒领域跨入到阿秒领域.由于电子绕氢原子核转1圈的时间大约为1.5×10-16 s,即150 as,因此阿秒激光脉冲的出现为人类提供了打开原子内部动态世界大门的钥匙,成为21世纪激光物理与技术最重要的进展之一.经过多年的不断创新和突破,阿秒脉冲产生技术从最初只能...     

能使你看到单个蛋白质分子图像的——新型X-射线激光脉冲器

它使一个原子显得像足球那么大，1微秒（10^-6秒）时间似乎无限的长。[编者按]     

超快速测量实验方法研究

电子显微镜和扫描隧道显微镜使人们能看到原子尺寸的微观世界图像, 极大地促进了化学、生命、材料、表面等学科的发展. 通过提高时间分辨率, 利用特定能量的飞秒和阿秒X射线脉冲来探测超快速化学反应, 如光合作用、DNA和蛋白质分子的合成和分解过程, 已经成为科学发展的前沿研究领域之一. 经过多年的探索, 作者在有关超短X射线脉冲产生(发光)、超快速测量(时间分辨率达到飞秒量级, 1 fs = 10^-15 s, 即1千万亿分之一秒, 和阿秒量级, 1 as = 10^-18 s, 即100亿亿分之一秒)等前沿领域取得了一些原创性的研究成果, 发现了原子在强激光场中产生飞秒和阿秒X射线脉冲的发射特性(即激光相位与X射线光子能量之间的关系), 揭示了发射特性的激光脉冲宽度依赖性和载波-包络相位(CEP)依赖性及其180°周期结构, 在理论上计算出了飞秒和阿秒X射线光电效应的量子增强现象及光电子能谱的干涉图像等. 提出了测量和应用CEP的新方法, 建立了应用于超快速测量的光电子能谱相位确定法, 找到了重建脉冲时间结构的光电子能谱微分变换方程、积分变换方程和比例变换方程. 利用这些先进的方法和变换方程, 能极大地提高超快速测量的实验效率和时间精度(理论均方根时间偏差为2 as). 这些研究成果为超快速测量实验研究和分子电影技术的发展奠定了重要的理论和技术基础.     

基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生理论与实验进展

自从2001年首次产生并测量了阿秒(attosecond, 1 as=10-18s)脉冲之后,高次谐波和阿秒脉冲在原子分子物理、材料科学等领域得到了广泛的应用.但是,由于气体高次谐波方法产生的阿秒脉冲效率较低,阿秒脉冲能量受限,限制了阿秒时间动力学研究的探测方式(目前主要是IR(infrared)+XUV(extreme ultraviolet)泵浦/探测)及其在许多领域的应用.如何获得高亮度、大能量的阿秒脉冲一直是该领域的追求.高强度的相对论飞秒激光脉冲与固体密度等离子体相互作用,在高亮度、大能量高次谐波和阿秒脉冲产生上具有独特的优势,甚至可能获得远高于泵浦激光场强的谐波电场强度.本文对基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生的物理机制和目前的实验研究进展作简要介绍.     

阿秒光学简史——2023年度诺贝尔物理学奖背后的故事

<正>北京时间10月3日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,将2023年度诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)和安妮·吕利耶(Anne L’Huillier),以表彰他们为研究物质中电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法(for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter).一阿秒是一百亿亿分之一秒(1 as=10–18s),是极短极小的时间单位.按照诺贝尔奖官网给出的说法,一阿秒之比于一秒相当于一秒之比于宇宙年龄.     

神奇的纳米武器

目前,一股研究、开发、应用纳米技术的热潮,正席卷着一些发达的国家.纳米技术是研究电子、原子、分子在0.1～100nm度(1纳米=10-9米)空间内的运动特点规律,并利用这些制造具有特定功能产品的高新尖技术.由于纳米电子技术已成功研制出单个电子晶体管,将使成群电子运动由晶体管控制的状态改由单个电子晶体管控制单个电子运动的状态,可提高功效1000倍,使元件的可靠性提高若干倍,具有超高速、超容量、超微型、低功耗的性能.它包括了纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械技术、纳米显微技术与纳米物理学和纳米生物学等不同的学科和领域.纳米时代的到来,标志着半导体器件时代即将结束.纳米技术群必将对军事领域产生重大影响,其影响之一是未来作战的武器装备将趋于微型化.     

原子“摄影”迈向阿秒物理

普通照相机无法拍摄到原子内部电子的运动情况。然而 ,超快激光脉冲的出现为人们抓拍在原子核附近的能级上跳跃的电子提供了必要的“快门速度”     

分裂电子

希腊哲学家德谟克利特早在２４００年以前就提出原子是不可分解的；而８０多年前卢瑟福率先实现了原子的分裂。如今关于这些物质的构造单元不是不可分──如同它们的名字隐含的意思那样的思想已经是非常普遍的，在核反应器里原子每天都在分裂着。 最近，在美国罗德岛上的布朗大学工作的汉弗莱·马里斯提出的某些想法，正在对科学的正统观念产生重大的冲击。他认为，电子也可以被分裂──电子分成的碎片称为“电微子”。 英国物理学家汤姆森在１８９７年发现了电子（为此，他获得了１９０６年物理学诺贝尔奖）。他推断出，阴极射线──使电视…     

人类成功测量迄今最短时间跨度

目前,德国科学家首次研究了一个发生时长比飞秒短得多的过程——他们测量出光子穿过氢分子所花费的平均时间为247仄秒(2.47×10-19秒),这是迄今科学家成功测量的最短时间.该项研究利用电子同步加速器上的激光源PETRA Ⅲ发出的X射线照射氢分子,而光子会在氢分子的电子云中产生电子波.这些电子波的波峰和波谷相遇时会相互...     

阿秒光源在材料领域的应用

21世纪以来,阿秒(attosecond,1 as=10-18 s)技术从诞生逐渐走向快速发展,为我们带来了前所未有的时间分辨(time-resolved)探测能力.以往飞秒(1 fs=10-15 s)泵浦-探测(pump-probe)超快光谱技术被广泛应用于材料的超快动力学研究,其脉宽和光子能量可以很好地研究由外层电...     

核子力的探讨

一引言在原子物理举的发展中,当我们搞清楚原子为核及电子构成的时候,同时也就搞清楚了其间的相互作用主要的就是电荷间的库伦力。因此理论工作只是去寻求原子中电子运动的规律,以说明原子的构造、性质和变化。这任务的圆满的解决便是量子力学的成功的发展。但在原子核物理学的发展中,当我们搞清楚核为质子和中子构成时,我们对其间的相互作用只有些定性的了解。现在质子或中子统称为核子。在原子核里核子紧密地结合在一起,因此其间的作用是一种力程甚短而强度较大的一种新的作用,简称为核子力。     

阿秒激光脉冲的产生与操控

随着激光技术的发展,激光的脉宽不断减小. 21世纪初,研究者首次突破飞秒的界限,在实验室产生了孤立的阿秒脉冲,由此打开了阿秒科学的大门.目前最短的激光脉宽达到了43 as,这为超快光学测量带来了前所未有的时间分辨率,阿秒科学也成为近20年来超快光学领域最重要的成就之一.虽然少周期驱动光、偏振选通、双色光等多种方案已经被用于调控阿秒脉冲的产生,许多调控阿秒光源椭偏率的方法也得到了证实,但如何提升阿秒脉冲的能量及产生圆偏振阿秒脉冲仍然是当前研究的热点.     

固体物理学的主要成就与发展方向

固体是一种重要的物质结构形态,与基本粒子、原子、分子等一样,是当前物理学中主要的研究对象之一。固体物理是研究固体的微观结构和组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动的规律,并从而阐明其性能与用途的科学。我们知道,固体是由大量微观粒子(原子、分子、离子、电子等)组成的。当这些微观粒子聚集在一起形成固体时,它们是怎样相互作用的,这些相     

格哈特·赫茨伯格(1904～1999)

今年3月3日去世的G·赫茨伯格（GerhardHerzberg）是一位世界级的著名分子光谱学家。分子发射和吸收的大量的各种波长的光,可以提供有关原子在分子中的排列,连接原子的化学键的特征,以及控制这些化学键的电子相互作用等的极其大量的富含内容的知识。深入到分子内部洞察化学键在化学反应中是如何组成或断裂．是了解物理学、天怀物理学、化字、材料科字、生物字和区字甲谷种现象的关键。研究出一种方法来观察和破译分子谱图一直是一项工程浩大的任务,其中赫茨伯格在最近的周年中一直起着领导作用。赫茨伯格lgu年圣诞节出生于德国的汉堡…     

物理学中规模最小的实验

物理学中规模最小的实验田学文编译美物理学家采用激光技术，将一个电子分成了两部分，并且观察到这两部分相互之间会发生干涉。据英国《新科学家》杂志报道，两位美国物理学家，在一个原子内，完成了量子力学中的一项经典实验，他们将一个电子分成了两部分，并且观察到了...     

产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲方法

报告了产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲的方法, 研究了高次谐波产生与激光相位之间的关系, 得到了时域内两个不同的辐射能量分布曲线. 这些结果有助于理解高次谐波产生的动力学过程. 可用脉冲光子能量的带宽值和两个参数化公式, 计算能量分布曲线的时间宽度. 为了更好地研究和模拟脉冲的传输及与介质的相互作用, 往往需要指定脉冲的光子能量和带宽等参数. 这两个公式在实验上可用于分析所选择脉冲的能量带宽值和时间宽度之间的关系. 所提出的变换方程和相关的光电子激光相位确定法, 能用来直接从光电子能谱得到阿秒及飞秒软X-射线脉冲的时间结构, 而不需要预先假设脉冲的频率分布和强度分布形状, 也不需要与实验测量数据进行拟合计算. 这些方程和方法是超快速测量的基础, 能用于评估超短X-射线脉冲光源的技术参数, 推动新一代光源技术和应用研究的进一步发展. 它们具有很宽的时间测量范围和极高的时间分辨率, 将使超快速测量以及飞秒和阿秒定时技术达到计量学的精度, 并使之发展成为标准化的测量方法, 进一步促成物理、化学及生物学新的研究高潮. 同时, 对阿秒和飞秒X-射线脉冲的应用及测量方面的理论和技术难题作了简要的讨论.     

从长度米到时间秒: 稳频激光-铯喷泉钟-飞秒光梳-锶光晶格钟

报道了近年来中国计量科学研究院(NIM)在时间频率基准领域的研究进展: 稳频激光波长实际实现国际单位制(SI)的长度单位米(m); NIM5 铯喷泉钟以不确定度2×10^-15 复现时间单位秒(s); 飞秒光学频率梳建立光学频率与微波频率的相干联系, 以优于4×10^-14 的不确定度实现光学波长向标准微波频率的溯源标定; 以及正在研制的锶原子光晶格钟, 为应对未来修改秒定义做准备. 另外, 文中还提出飞秒光梳是从动跟踪系统, 描述其性能的指标应当是它的跟踪精度; 估计了“吸收室 - 原子束 - 原子喷泉 - 原子/离子存储”四种频率参考方案可能达到的不确定度极限.     

利用两束同色激光场与中红外场形成的组合场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲

提出了使用两束同色激光场与中红外场形成的组合场驱动一维氦原子产生单个阿秒脉冲的方法. 通过数值模拟研究了氦原子在组合场驱动下发射高次谐波的特点, 谐波谱的截止位置可以拓展到I_p+12.6U_p, 对第二平台区域不同范围内高次谐波叠加均能得到单个阿秒脉冲, 最短脉宽达42 as, 尤其是对平台区域的前端进行叠加, 不仅可以得到单个阿秒脉冲,而且与截止位置附近高次谐波构造的阿秒脉冲相比, 强度提高了3 个数量级. 经过经典和小波分析发现, 中红外场的加入不仅使高次谐波谱平台区域得到了扩展, 同时还抑制了电子长路径对高次谐波的贡献.