[發明專利]一種探測電子運動的方法

有效

• 申請號: 201810225132.2
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108680944B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 周月明;何明睿;陸培祥
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01T5/00
• 分類號: G01T5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種探測電子運動的方法，通過分析超快強激光作用于分子中疊加態電子波包電離產生的光電子動量譜中的光電子全息干涉結構，可以對分子內電子的運動過程進行追蹤探測。包括以下步驟：1)利用遠紫外飛秒激光激發基態分子，獲得處于基態與激發態相疊加的疊加態的電子波包。并利用高強度飛秒激光電離疊加態的電子波包，測量電離得到的光電子動量譜。2)分析測量到的動量譜，從光電子全息干涉結構中獲得疊加態電子波包在平行動量方向隧穿電離位置處的最概然密度分布隨時間的變化。本發明提出的方法填補了追蹤疊加態電子波包阿秒時間量級的演化過程的技術空白，將在提取電子波包動力學信息方面有重要的實用價值。

技術領域

本發明屬于超快光學與強場激光領域，更具體地，涉及一種探測電子動力學信息的方法。

背景技術

在超快、強場光學中，利用超快強激光場探測、控制原子、分子中阿秒量級的電子動力學過程是國內外廣泛關注的熱點研究問題。幾乎所有的多原子、分子被強激光場激發或者電離后，原本的原子、分子系統偏離平衡態，產生時間尺度在幾個飛秒到幾百個阿秒量級的疊加態電子波包演化過程，也即“電子遷移”(charge migration)。實驗上要直接追蹤這種超快(亞飛秒至阿秒量級)時間尺度與超短(埃量級)空間尺度的電子波包動態過程非常困難。在已有的工作中，人們嘗試利用強場高次諧波或者強場阿秒瞬態吸收光譜實現對疊加態電子波包的演化進行探測。但是，這些探測都有嚴重的局限性，即建立在已知具體的疊加態電子波包信息的基礎上。對于復雜分子來說，受激產生的疊加態通常由許多未知的電子態構成，在這種情況下，如何追蹤疊加態電子波包的運動亟待解決。

2011年，Huisman等人發表在《Science》上的文章指出，在強場原子、分子電離形成的光電子動量譜中存在一種可以類比于光學全息成像的全息結構。超快強激光作用下，原子、分子會發生電離，電離電子在激光場中做加速震蕩運動，可能反向與母離子發生散射。相干的散射電子波包與未與母離子產生相互作用的直接電子波包之間可能產生干涉。類比于光學全息成像，散射電子波包可認為是信號波，直接電子波包可認為是參考波，因而人們將這種干涉結構命名為光電子全息干涉。隨后許多工作圍繞這一超快強激光場領域的全息結構展開，并提出了許多理論論證光電子全息成像技術有獲得原子、分子結構信息以及探測電子動力學信息的潛力。但是如何應用全息技術獲取電子波包動力學信息還是一個未解決的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種探測電子運動的方法，由此解決如何應用全息技術獲取電子波包動力學信息的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種探測電子運動的方法，包括：

(1)激發待探測基態分子，獲得處于基態與激發態相疊加的疊加態電子波包；

(2)電離所述疊加態電子波包，以測量電離得到的所述待探測基態分子的二維光電子動量譜；

(3)分析所述二維光電子動量譜，從光電子全息干涉結構中獲得所述疊加態電子波包在平行動量方向隧穿電離位置處的最概然密度分布隨時間的變化，其中，所述二維光電子動量譜中垂直于激光偏振方向的干涉條紋為直接電子波包與前向散射電子波包干涉形成的所述光電子全息干涉結構。

優選地，所述疊加態電子波包表示為：

其中，|Ψ₁(r)與|Ψ₂(r)分別表示電子的基態與激發態，c₁與c₂為對應的展開系數，E₁與E₂為相應的電子態能量，θ₀為兩個電子態初始相對相位，表示約化普朗克常數。

優選地，所述光電子全息干涉結構的獲取方式為：

消除所述二維光電子動量譜中平行于激光偏振方向的散射結構，得到初始光電子全息干涉結構；