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華東師大精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室吳健團(tuán)隊與上海交通大學(xué)研究員何峰合作，利用飛秒強(qiáng)激光與分子相互作用產(chǎn)生里德堡原子，并結(jié)合電子-原子核關(guān)聯(lián)能譜技術(shù)，揭示了多光子共振激發(fā)是強(qiáng)激光誘導(dǎo)里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)激光場作用下，電子有一定的概率不被電離而被囚禁在里德堡態(tài)，形成穩(wěn)定的中性里德堡原子分子。中性里德堡原子分子在精密光譜與精密測量、量子非線性光學(xué)、非平衡量子多體動力學(xué)、量子計算與量子信息等交叉研究前沿中有許多重要的應(yīng)用。

氫氣分子作為最簡單的兩電子中性分子系統(tǒng)，在揭示分子基本動力學(xué)過程方面扮演了十分重要的角色。吳健團(tuán)隊利用紫外飛秒強(qiáng)激光脈沖與氫氣分子相互作用，開展強(qiáng)激光誘導(dǎo)里德堡態(tài)激發(fā)過程的實驗探索。通過符合探測光電離解離產(chǎn)生的離子H+、中性里德堡原子H*和自由電子，并結(jié)合電子-原子核關(guān)聯(lián)能譜技術(shù)，實驗揭示了多光子共振激發(fā)為強(qiáng)激光誘導(dǎo)里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機(jī)制。

該論文第一作者張文斌介紹說，利用電子-核關(guān)聯(lián)能量譜，強(qiáng)激光場作用下氫氣分子雙電離通道和里德堡原子激發(fā)通道均可用三步過程很好的描述。實驗結(jié)果顯示，里德堡態(tài)多光子共振激發(fā)時的核間距要小于發(fā)生共振增強(qiáng)電離時的核間距。由于斯塔克位移效應(yīng)的影響，發(fā)生里德堡態(tài)共振激發(fā)處的核間距大小隨著激光強(qiáng)度的增加而變大。這一變化將影響電子與解離原子核之間的能量分配，從而引起里德堡原子的能譜結(jié)構(gòu)隨光強(qiáng)的變化。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時，氫氣分子雙電離通道和里德堡原子激發(fā)通道的解離原子核能譜變得非常相似。

“這一現(xiàn)象表明，多光子共振激發(fā)機(jī)制作為強(qiáng)激光誘導(dǎo)里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機(jī)制，同樣可以很好的解釋受挫量子隧穿電離理論的預(yù)測結(jié)果?！眳墙”硎?，該項研究揭示了分子內(nèi)電子-核關(guān)聯(lián)效應(yīng)在里德堡原子產(chǎn)生的過程中的重要性，極大深化了人們對強(qiáng)激光誘導(dǎo)里德堡態(tài)激發(fā)這一基本物理行為的認(rèn)識，為強(qiáng)場里德堡原子分子激發(fā)的相干調(diào)控提供了新方法和新思路。