隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前以電子為信息載體的技術(shù)手段已經(jīng)不斷趨近于其發(fā)展極限，不斷縮小的集成電路開始展現(xiàn)出量子特性。在此背景下，人們迫切需要在超快時(shí)間尺度和超短的空間尺度上了解電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。飛秒（10-15秒）量級的超短激光脈沖是人們研究原子分子中電子運(yùn)動(dòng)的理想工具。結(jié)合人們對于原子分子體系的認(rèn)識，使用飛秒激光脈沖，人們已經(jīng)可以在阿秒（10-18秒）量級的時(shí)間精度和埃（10-10米）量級的空間精度上對原子分子中的電子波函數(shù)進(jìn)行成像，相關(guān)研究還將為人們觀測和控制分子化學(xué)反應(yīng)過程奠定堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
當(dāng)原子處于飛秒強(qiáng)激光場中時(shí)，處于束縛態(tài)的電子會通過隧道電離的途徑變成自由電子，并在激光場的作用下回到原子實(shí)附近并發(fā)生彈性或非彈性散射，導(dǎo)致一系列強(qiáng)場原子物理現(xiàn)象（如高次諧波產(chǎn)生、阿秒光脈沖產(chǎn)生、高階閾上電離和多電子電離等）的發(fā)生。隧道電離電子可以在*次返回原子實(shí)時(shí)發(fā)生散射，也有可能在第二次甚至更高次返回時(shí)才發(fā)生散射。已有研究對于*次返回電子軌道有比較清楚的認(rèn)識，而對于多次返回電子軌道，其物理效應(yīng)和重要性則是一個(gè)長期以來頗受爭論的問題。深入認(rèn)識多次返回電子軌道行為對理解飛秒強(qiáng)激光場中的隧道電離電子運(yùn)動(dòng)及相關(guān)物理過程具有重要意義。
中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所柳曉軍研究員領(lǐng)導(dǎo)的原子分子超快動(dòng)力學(xué)小組與北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)所、上海光學(xué)精密機(jī)械研究所以及德國Max Born研究所緊密合作，通過實(shí)驗(yàn)測量橢圓偏振激光脈沖下惰性氣體原子高階閾上電離光電子譜，系統(tǒng)研究了*次與多次返回電子軌道行為及其對原子閾上電離過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著激光橢偏率的增大，高階閾上電離光電子譜中對應(yīng)不同能量區(qū)域的光電子產(chǎn)量出現(xiàn)不同程度的降低。相對而言，較低能的電子產(chǎn)量隨著橢偏率下降更慢一些，而更高能的電子產(chǎn)量下降更快一些。量子軌道理論計(jì)算很好地重復(fù)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步分析表明：不同能量區(qū)域電子產(chǎn)量隨激光橢偏率的不同變化行為反映了*次與多次返回電子軌道對激光橢偏率的不同依賴性；增大激光橢偏率可以增大多次返回軌道對原子閾上電離過程的貢獻(xiàn)。研究工作幫助我們深入認(rèn)識了飛秒強(qiáng)激光場驅(qū)動(dòng)的隧道電離電子行為，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對電子運(yùn)動(dòng)的超快調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。
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