如何實現電子本徵運動時間尺度超快精密測量，是阿秒（1阿秒=10-18秒）超快科學的一個核心問題。華東師範大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室教授吳健團隊藉助一氧化氮分子形狀共振電離過程，首次報道了阿秒時間尺度上分子空間不對稱性電離。相關研究發表於《物理評論X》。
傳統觀念認為，電子的電離過程是瞬時的，是在“一瞬間”從束縛態躍遷至連續態，成為自由電子。隨著對電子散射、電子電離本質的深入理解，以及超快光學技術的發展，尤其是新型阿秒光脈衝技術的發展，研究人員逐漸認識到光致電離並不是一個瞬時過程，電子需要數阿秒乃至數百阿秒的時間穿越原子或分子的庫侖勢場。其超快的時間尺度概念等同於一秒對比宇宙的壽命。而電子離開母核所花費的準確時間與它感受的、經歷的勢場的強弱、形狀息息相關。
“阿秒超快科學屬於多學科交叉領域，覆蓋物理、化學、生物、材料等，對探究新型光電功能材料物理機制，製備拍赫茲光子器件，實現材料屬性、物質相變、分子結構變化精密測量，具有十分重要的科學意義。”吳健告訴《中國科學報》。
2017年，該實驗室研究員宮曉春首次在強場氬原子多光子弗瑞曼共振電離影象中觀測到電子百阿秒共振電離延遲，併成功建造出國內首臺極紫外阿秒符合干涉儀。基於該系統，吳健團隊瞄準“光電子電離空間不對稱性”這一核心問題，利用雙光子干涉的阿秒拍頻重構探測方法得到光電子電離干涉能譜，並從中提取出電離過程中原子核與電子之間庫侖相互作用產生的電離時間延遲。進一步透過軸向反衝近似處理，實現了分子座標系內對不同排列方向上的能量、角度分辨的光電子電離延時精密測量，成功觀測到150阿秒的相對電離延時。
宮曉春結合量子散射模型下的“單中心”理論模型，證明實驗觀測的形狀共振由一種分波的準束縛態產生，且實驗中觀測到的電離延時來自於光電子出射過程中離心勢壘導致的共振電離路徑與非共振電離路徑間的干涉。同時，該實驗室研究員倪宏程發展的 “雙中心”理論模型，佐證了電離初態和末態非對稱性對電子電離空間不對稱性起著重要的誘導作用。
“利用阿秒—亞奈米超高時空分辨符合成像技術發展的新型阿秒鐘，適用於具有不對稱勢阱的其他分子和表介面的共振光電子輻射行為的精密測量。”吳健說，“有望為探索複雜體系中的阿秒光電子動力學，研究溶液、複雜材料和生物組織中的時間分辨量子動力學開闢一條新途徑。”
（張雙虎 黃辛）
來源： 中國科學報
