超快现象和瞬态结构的亚皮秒激光光谱和电子衍射光谱研究

通过时间分辨超快电子衍射技术研究在飞秒激光脉冲作用下纳米金属，纳米半导体以及有机分子晶体中的超快现象。1)我们将选择10-500纳米之间不同厚度的金或硅纳米晶体作为研究对象，在飞秒激光的作用下，晶体内部产生各种应力以及热不平衡分布引起晶体结构变化。通过探测各种不同厚度晶体从前表面到后表面之间晶体结构及晶体特性随时间从飞秒到毫秒的变化，我们可以研究激光作用下晶体中的超快过程和超快现象，如光子/电子、电子/电子以及电子/声子之间的相互作用，以及晶格常数的变化。2) 通过超光光谱学和超快电子衍射技术对有机分子晶体的光学响应和超快结构变化进行研究，并提出有机分子晶体的能量传递及相变过程的机理；此项研究的主要目的是将超快电子衍射技术扩展到分子晶体的领域。

基于超快光、电子与X射线的“复合”探测，本项目开展了飞秒激光与物质相互作用过程的亚皮秒和亚埃量级的超快结构动力学研究。首先，通过“复合”探测研究了金纳米晶体的光致超快动力学过程，其中利用超快反射率探测考察表面电子的响应，并利用超快电子和X射线衍射分别考察表面和内部晶格的瞬态结构变化。其次，本项目利用超短电子束同时观测到铝晶格的光致超快结构动力学和瞬态电磁场的变化过程，研究表明瞬态电场对电子束的偏转会影响到超快电子衍射的结构解析，但在透射模式下可以将二者区分开。最后，项目组利用超快电子衍射和超快电子背景散射方法研究金属铝的光致结构变化，分析表明长程无序的演化过程是由光致晶格加热导致的，而晶格的短程无序变化是由电子能级激发所引发的非热致动力学过程。