极端条件原子分子动力学
2024, 73 (24): 244202.
doi: 10.7498/aps.73.20241456
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20世纪80年代中期, 啁啾脉冲放大技术(2018年诺贝尔物理学奖)突破了激光强度提升的瓶颈, 激光强度跨越了原子单位的门槛(1个原子单位激光强度对应功率密度3.5×1016 W/cm2). 这样强的激光场可以在原子、分子中诱导出高阶非线性响应, 导致一系列新的物理现象, 其中尤其重要的是高次谐波辐射和阿秒光脉冲产生(2023年诺贝尔物理学奖). 随着强激光技术的进步, 当前激光强度已达到1023 W/cm2量级, 并在进一步提升中. 这样强的激光场能否在原子核中诱导出类似的高阶非线性响应、将“强场原子物理”推进至“强场原子核物理”? 最近的研究发现, 当前的强激光至少可以在一个特殊的原子核, 即钍-229原子核诱导出高阶非线性响应. 这得益于该原子核存在一个能量极低的激发态和超精细混合效应对于光核耦合的增强. 高阶非线性响应的触发可以极大地提升原子核的激发概率和调控效率. 类似原子, 被强激光驱动的原子核也会向外辐射高次谐波. “强场原子核物理”开始成为光与物质相互作用以及核物理研究的新前沿, 提供基于强激光的原子核激发和调控新方案, 以及基于原子核跃迁的相干光辐射新途径.
2024, 73 (24): 246101.
doi: 10.7498/aps.73.20241218
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随着X射线光源品质的提升, X射线波段的量子调控成为了新兴的前沿领域, 基于薄膜平面腔的X射线腔量子光学是其中一个重要分支. X射线腔量子光学研究始于原子核跃迁体系, 近期兴起了调控原子内壳层跃迁的研究工作. 原子内壳层跃迁存在丰富的候选体系和退激通道, 极大地拓宽了X射线腔量子光学的研究范围. 此外, 内壳层激发及其退激通道对应着多种X射线谱学表征技术, 促进X射线腔量子光学和谱学技术的融合, 有望促成X射线谱学新技术的出现. 本文概述了基于原子内壳层跃迁的X射线腔量子光学, 介绍了基本的实验体系和实验方法、经典和量子理论模型以及已经实现的一些量子光学现象. 最后, 本文简要介绍了内壳层X射线腔量子光学仍需要解决的一些问题, 同时展望了未来的发展方向.
2024, 73 (24): 240701.
doi: 10.7498/aps.73.20241290
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高电荷态离子俘获靶原子、分子中的电子是一个多原子中心束缚态电子跃迁相关的基本原子物理过程, 所形成的高激发态离子的退激辐射对于X射线天文建模、聚变等离子体诊断及离子束与物质作用机理研究等方面至关重要. 经过不断的完善和发展, 冷靶反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)技术已经广泛应用于测量电子俘获过程中的量子态选择布居. 基于复旦大学150 kV高电荷态离子碰撞实验平台及冷靶反冲离子动量谱仪, 本文开展了1.4—20.0 keV/u的Ar8+ 炮弹离子与He原子碰撞过程中双电子俘获量子态选择截面的系统测量, 并获得了3l 3l'至3l 7l' 双激发态的相对截面. 研究发现Ar8+-He双电子俘获过程中, 随着碰撞能量的增大, 更多的量子态转移反应通道被打开, 而且量子态选择布居的相对截面对炮弹离子能量呈现强烈的依赖关系.
2024, 73 (24): 243201.
doi: 10.7498/aps.73.20241222
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强激光相干激发为Rydberg态的产生和调控提供了新的手段. 本文主要研究不对称包络强激光场中Rydberg态产生的动力学过程, 发现Rydberg态的产率随激光包络上升沿的持续时间延长而增加. 利用电离率与随时间变化的再捕获率的乘积计算Rydberg态的布居, 将定量再散射理论推广到强场激发过程中. 通过分析Rydberg态的产生窗口, 得到了再捕获率的解析公式, 发现再捕获率与包络形状呈负相关, 并随剩余相互作用时间的延长而减小. 利用激光包络影响Rydberg态产生的新机理, 为强场激发原子分子的超快动力学提供了新的调控手段, 也为基于Rydberg原子的超快量子信息技术提供了新的方案.
2024, 73 (24): 243301.
doi: 10.7498/aps.73.20241401
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超快强场相干调控分子解离在原子与分子物理、物理化学、量子调控等多个领域引起了重要关注, 在现象理解、机理探究和调控方案等多个方面仍然存在许多值得深入研究的问题. 近期研究表明, 在保持光谱振幅分布不变的条件下, 对最初处于基电子态纯本征态的分子, 通过调制单个超快强紫外激光脉冲的光谱相位分布, 可以有效调控总解离概率和分支比. 本文采用含时量子波包方法, 进一步探讨了光谱相位调控氯溴甲烷(CH2BrCl)分子的光解离反应, 着重探究了初始振动态对解离反应的影响. 为了凸显超快强场脉冲调控解离机理与弱场的不同, 本文展示了在弱场极限下, 改变单个超快脉冲的谱相位不会影响总解离概率和分支比; 然而在强场极限下, 总解离概率和分支比对单个超快脉冲的谱相位有明显依赖性. 通过分析基电子态振动态布居分布, 发现啁啾脉冲可以有效调控强场极限下诱导的共振拉曼散射(resonance Raman scattering, RRS)现象, 从而导致解离概率和分支比对初始振动态的选择性. 研究结果进一步表明, 通过选择合适的初始振动态并调控啁啾率的值和符号, 可以实现Cl+CH2Br键的优先断裂. 该研究为理解超快光场相干控制多原子分子光解反应提供了新的视角.