近日，精密測量院柳曉軍研究團隊在阿秒物理領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。團隊提出了一種名為“偏振門(mén)阿秒鐘”的新方案，實(shí)現了對強激光驅動(dòng)原子電離中電子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)的超快探測。相關(guān)成果發(fā)表在物理學(xué)權威期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，同時(shí)被遴選為編輯推薦文章（Editors' Suggestion）。

在阿秒時(shí)間尺度上揭示物質(zhì)內部電子動(dòng)力學(xué)規律，是認識和理解自然界諸多超快光物理和光化學(xué)過(guò)程的重要物理基礎。為此，2023年諾貝爾物理學(xué)獎被授予在阿秒物理研究領(lǐng)域做出杰出貢獻的三位科學(xué)家。在眾多阿秒測量譜學(xué)技術(shù)中，阿秒角度條紋技術(shù)（亦稱(chēng)“阿秒鐘”）因其自參考特性——無(wú)需使用阿秒光脈沖，僅利用飛秒激光脈沖即可實(shí)現阿秒量級時(shí)間分辨率的測量，為深入探究阿秒電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了獨特手段?！鞍⒚腌姟奔夹g(shù)已成功應用于強場(chǎng)電子隧穿時(shí)間、順序雙電離中兩電子電離時(shí)間延遲等測量中，然而，傳統的“阿秒鐘”技術(shù)受限于所采用的橢圓偏振光脈沖，尚無(wú)法直接應用于如電子-電子關(guān)聯(lián)等更復雜物理過(guò)程的研究。

為了克服這一難題，柳曉軍研究團隊提出了一種基于“偏振門(mén)”激光脈沖的“阿秒鐘”方案，并成功將其運用于強場(chǎng)原子雙電離過(guò)程中電子-電子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)的實(shí)時(shí)探測。研究團隊基于前期建立并發(fā)展的載波包絡(luò )相位穩定的少周期飛秒激光系統，通過(guò)精密控制兩束左旋和右旋圓偏振少周期激光脈沖的時(shí)間延遲與載波包絡(luò )相位，成功合成“偏振門(mén)”超短光脈沖，實(shí)現了激光脈沖橢圓偏振狀態(tài)在阿秒時(shí)間精度上的精確可控。相比以往“阿秒鐘”技術(shù)普遍采用的單一橢圓偏振光脈沖，“偏振門(mén)”超短脈沖不僅能夠在其中心近線(xiàn)偏振區域內有效制備電子關(guān)聯(lián)態(tài)并驅動(dòng)電子關(guān)聯(lián)發(fā)射，還保留了阿秒角度條紋高精度采樣電子發(fā)射時(shí)間的特性。研究團隊以氬原子強場(chǎng)雙電離過(guò)程為例，通過(guò)研究其產(chǎn)生的雙激發(fā)態(tài)的關(guān)聯(lián)電子發(fā)射時(shí)間差，成功演示了“偏振門(mén)阿秒鐘”技術(shù)。研究表明，處于雙激發(fā)態(tài)的兩個(gè)關(guān)聯(lián)電子的電離主要通過(guò)兩種不同的通道進(jìn)行，“偏振門(mén)阿秒鐘”技術(shù)精確地測出了不同通道對應的兩個(gè)關(guān)聯(lián)電子的電離時(shí)間差，分別為234(±22)阿秒和1043(±73)阿秒。電子關(guān)聯(lián)是影響從簡(jiǎn)單原子到復雜分子、凝聚態(tài)物質(zhì)乃至量子材料等體系基本性質(zhì)和動(dòng)態(tài)行為的關(guān)鍵因素，“偏振門(mén)阿秒鐘”的實(shí)現，為利用超快激光探究原子、分子、凝聚態(tài)體系內部復雜電子超快動(dòng)力學(xué)行為提供了新的有效技術(shù)途徑。

“偏振門(mén)阿秒鐘”探測電子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)示意圖

相關(guān)研究以“Timing Correlated-Electron Emission from Strong Field Atomic Double Ionization with Polarization-Gated Attoclock”為題發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。精密測量院副研究員王艷蘭和余少剛為論文共同第一作者，研究員柳曉軍為通訊作者。

該工作得到了科技部、基金委、中國科學(xué)院等機構的資助。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.223202