取向分子隧道电离电子波包的初始分布研究

Quantum tunneling is a fundamental process in physics, which is one of the main differences between quantum physics and classical physics. During the process of laser-atom or laser-molecule interaction, laser-induced electron tunneling can trigger many phenomena associated with attosecond physics, i.e., high-harmonic generation and non-sequential double ionization. Very important and basic questions are how to precisely describe the distribution of the tunneling wave packet and the influences of the molecular structure on the distribution of the tunneling electron wave packet. To answer these questions, in this project, a method combining two-color laser field technique, molecular alignment technique with high-resolution electron and ion momentum measurement technique is proposed to study the initial momentum-time distribution of molecular tunneling ionization in the nonadiabatic tunneling regime. The final goal is to realize the imaging of the molecular structure and the electron ultrafast dynamics with high resolutions. Moreover, by measuring the electron interference patterns, the initial phase distribution of the electron wave packet from molecular tunneling ionization will be revealed, which is of great significance for the application of photoelectron holography in molecules. This study will promote the development of the attosecond science.

量子隧穿是物理学中的基本过程，是量子物理与经典物理的主要区别之一。在原子分子与激光相互作用的过程中，光致电子隧穿过程可以引发许多与阿秒物理相关的现象，如高次谐波产生和非序列双电离等。非常重要而且基本的问题是如何精确描述隧穿电子波包分布，以及分子结构对隧穿电子波包分布的影响。为了回答上述问题，本项目提出利用双色激光场技术、分子取向技术以及电子离子动量高分辨测量技术相结合的办法，研究分子隧道电离在非绝热隧穿区的电子波包的初始动量时间分布，并最终实现高分辨率的分子结构以及电子超快动力学的成像。另外，通过测量分子隧道电离的电子干涉结构，揭示出分子隧道电离电子波包的初始相位分布，这对于光电子全息技术在分子体系的应用有重要意义。该项目的研究必会促进阿秒科学前沿的发展。

量子隧穿是物理学中最基本的现象之一，目前人们对于隧穿过程的理解大多是基于隧穿通过准静态的势垒，而对于隧穿通过动态势垒的物理过程尚不明确。本项目深入研究了强激光场作用下原子分子的隧穿电离基本过程，并对原子分子隧穿电离电子波包的初始分布进行了精密测量。通过巧妙设计实验方案，实验观测到了非绝热隧穿的特征结构，从而证实了隧穿电离非绝热效应的存在。同时，我们发展了强场光电子全息技术，精确测量了隧穿电离出口处的电子初始动量，提出利用光电子全息技术探测分子内部电荷超快迁移。利用双色激光场实现了非次序双电离再碰撞时刻的阿秒时间尺度操控。分子隧穿电离相比原子隧穿电离更为复杂，我们将强激光场下的原子隧穿电离拓展到了取向分子，利用阿秒钟技术精确地分辨了取向分子隧穿电离时间。在本项目的资助下发表论文15篇，包括2篇Physical Review Letters。培养了博士生4名，硕士生2名。