量子遂穿是量子力學基本問題之一，通過對量子隧穿電流的測量，可以實現(xiàn)原子尺度的表面成像，是隧道掃描顯微鏡的基本原理。但如何描述和測量電子在勢壘下的動力學行為一直未得到深入研究，在原子波函數(shù)層次上，開展量子遂穿的實驗研究一直是比較困難的。在飛秒強激光和原子分子相互作用的過程中，激光場會將原子內(nèi)部的庫倫場壓低，形成了處于基態(tài)電子可以發(fā)生隧穿的勢壘，即隧道電離。自前蘇聯(lián)科學家L.V. Keldysh首次從理論上研究以來，該領(lǐng)域一直備受關(guān)注，因為隧道電離是強場原子分子光物理以及阿秒物理的重要基石。然而目前的實驗和理論一般都只關(guān)注于電子隧穿幾率，以及電子波包的振幅信息，完全忽略其初始相位，主要是勢壘下相位（sub-barrier phase）。勢壘下相位攜帶著光電子豐富的隧穿動力學信息，卻至今仍然未被觀測到。
北京大學物理學院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室“極端光學創(chuàng)新研究團隊”的劉運全教授和龔旗煌院士等，針對強激光場作用下原子的隧穿過程開展深入研究，利用等強度的偏振正交的雙色飛秒光場（800nm + 400nm），深入研究隧穿電子干涉的干涉動力學，提出了利用新型的“時空電子干涉儀”（圖 1）探測電子在隧穿過程中獲得勢壘下相位，揭示電子隧穿的動力學信息。該工作利用先進的冷靶反沖離子電子動量成像譜儀（所謂COLTRIMS），清晰地測量了正交雙色光場下的光子周期內(nèi)干涉圖案（圖2），通過與理論模擬的對比【強場近似（SFA）,庫侖修正的強場近似(CCSFA)和數(shù)值求解含時薛定諤方程（TDSE）】，揭示出了光電子勢壘下相位的對干涉圖案的貢獻。研究結(jié)果表明勢壘下相位蘊藏著的電子隧穿動力學信息，對光電子干涉和光電子全息起著不可或缺的作用。該研究工作發(fā)表在近期《物理評論快報》上【“Revealing the sub-barrier phase using a spatiotemporal interferometer with orthogonal two-color laser fields of comparable intensity”, Phys. Rev. Lett. 119, 073201(2017）】。
北京大學物理學院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室“極端光學創(chuàng)新研究團隊”的劉運全教授和龔旗煌院士等，針對強激光場作用下原子的隧穿過程開展深入研究，利用等強度的偏振正交的雙色飛秒光場（800nm + 400nm），深入研究隧穿電子干涉的干涉動力學，提出了利用新型的“時空電子干涉儀”（圖 1）探測電子在隧穿過程中獲得勢壘下相位，揭示電子隧穿的動力學信息。該工作利用先進的冷靶反沖離子電子動量成像譜儀（所謂COLTRIMS），清晰地測量了正交雙色光場下的光子周期內(nèi)干涉圖案（圖2），通過與理論模擬的對比【強場近似（SFA）,庫侖修正的強場近似(CCSFA)和數(shù)值求解含時薛定諤方程（TDSE）】，揭示出了光電子勢壘下相位的對干涉圖案的貢獻。研究結(jié)果表明勢壘下相位蘊藏著的電子隧穿動力學信息，對光電子干涉和光電子全息起著不可或缺的作用。該研究工作發(fā)表在近期《物理評論快報》上【“Revealing the sub-barrier phase using a spatiotemporal interferometer with orthogonal two-color laser fields of comparable intensity”, Phys. Rev. Lett. 119, 073201(2017）】。
圖1 等強度偏振正交的800nm和400nm激光的合成光場的時空結(jié)構(gòu)以及在激光場最大值處的量子隧穿示意圖
圖2 實驗上測量到的在不同相位的 0π(a), 0.25π (b), 0.5π (c), 0.75π (d).正交雙色光場中光電子干涉圖樣
二年級博士生韓猛是該論文的第一作者。該工作得到中國國家自然科學基金委、科技部、北京大學人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、“2011計劃”量子物質(zhì)科學協(xié)同創(chuàng)新中心等支持。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導讀
關(guān)注我們
