快电子与原子分子碰撞实验

 仅由原子分子体系本身的物理量决定.1935年,Bethe证明广义振子强度与光学振子强度之间有如下关系:f（E_j,q）=f⁰（E_j）+Aq²+Bq⁴+…,df（E,q）/dE=df⁰（E）/dE+Aq²+Bq⁴+…当q→0即高入射电子能量（T>>E）和0°散射角情况下,不管玻恩近似是否成立,都有:方程右边各物理量实验上都能测量.于是用快电子碰撞测量0°散射微分截面,即通过能量损失谱测量可得光学振子强度.     

快电子与原子分子碰撞实验

 原子分子结构是原子分子物理学的基本问题,光谱实验和碰撞实验是获得原子分子结构实验数据的基本方法.当前原子分子的激发态结构和碰撞动力学仍然是原子分子物理的最重要的前沿研究领域之一,特别是原子分子高激发态、原子超精细结构和原子团簇更是十分活跃.原子分子及离子的碰撞过程不仅与原子结构、分子结构及其状态密切相关,而且普遍存在于天体、星际空间、地球大气、等离子体以及化学反应过程中.因此这些碰撞过程的基本数据和实验技术对于能源项目、军事技术和许多学科的发展有着密切关系.这些学科包括核物理、凝聚态物理、材料科学、等离子体物理、空间物理、天体物理、化学物理、分子生物学等.     

苯乙炔分子电子激发态超快动力学研究

采用飞秒时间分辨质谱技术结合飞秒时间分辨光电子影像技术研究了苯乙炔分子电子激发态超快非绝热弛豫动力学.用235 nm光作为泵浦光,将苯乙炔分子激发到第二激发态S2,用400 nm光探测激发态的演化过程.时间分辨的母体离子的变化曲线用指数和高斯函数卷积得到不同的两个组分,一个是超快衰减组分,时间常数为116 fs,一个是慢速组分,时间常数为106 ps.通过分析时间分辨的光电子影像得到光电子动能分布,结合时间分辨光电子能谱数据发现,时间常数为116 fs的快速组分反映了S2态向S1态的内转换过程.实验还表明S1态通过内转换被布局后向T1态的系间窜跃过程为重要的衰减通道.本工作为苯乙炔分子S2态非绝热弛豫动力学提供了较清晰的物理图像.     

绝对测量He原子快电子碰撞双激发的电子关联动力学

应用高分辨快电子能量损失谱仪 ,绝对测量了He原子各种光学允许和光学禁戒的双电子激发过程的动量转移依赖特性 ,报道了作为动量转移函数的以内禀关联量子数K ,T和A表征的电子态 2(0 ,1 ) 2 1 Po,2 (1 ,0 ) 2 1 Se和 2(1 ,0 ) 2 1 De的Fano参数q ,fa,ρ2 ,f和S ,同时对 2(- 1 ,0 ) 2 1 Se和 2(1 ,0 ) 2 的波函数作出定性检验 .从而在实验上通过激发动力学过程研究了电子关联效应     

长寿命吸收过程对超快动力学过程测量的影响

使用飞秒时间分辨抽运-探测透射光谱技术,实验研究了GaAs体材料中光激发载流子的超快弛豫动力学的波长依赖.在相同的光激发载流子浓度和抽运/探测比时,发现760 nm和780 nm两中心波长处的瞬态透射变化延迟扫描信号出现负的和振荡的信号.与模拟计算结果对比,判定该实验瞬态信号是错误的.分析探测器输出波形,发现是由于反相波形导致的,而引起反相波形的原因在于样品中存在长寿命的吸收过程.指出通过提高探测器上的抽运/探测比能够矫正反相波形,从而获得正确的瞬态透射变化动力学.提高探测器上的抽运/探测比与目前的应尽量减小抽运光对探测器的散射贡献的观点是对立的.文章的研究结果对应用抽运-探测时间分辨光谱技术正确地测量超快瞬态动力学过程具有重要的参考价值. 关键词： 时间分辨抽运-探测透射光谱 饱和吸收 吸收增强 GaAs体材料     

强激光场下原子超快动力学过程中的能量交换

利用三维经典系综模型,研究了整个系综两电子(Ar原子为例)从激光场吸收的能量对激光参数(波长、激光强度和椭偏率)的依赖关系.结果显示,当激光强度固定,波长增加时,整个系综两电子从激光场吸收的能量整体呈上升趋势,但不同强度下趋势略有差异.在较低强度时整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长的依赖关系呈现持续平稳增加的趋势,在较高强度时呈现先缓慢减小再快速增大的趋势.对强度的依赖关系在不同波长时呈现两个有趣的交叉点.对椭偏率的依赖关系在较低强度时呈现先逐渐减小再缓慢增大的趋势;在中等强度时呈现一个“阶梯型”即先缓慢增大再逐渐减小最后缓慢增大;在更高强度时呈现先逐渐增大再逐渐减小的趋势.为了解释整个系综两电子从激光场吸收的能量对激光参数的依赖关系,把整个系综的动力学过程分为双电离、单电离、受挫单电离和受挫双电离4种通道.然后分析各个通道的特征及其如何主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的变化趋势.分析结果表明,整个系综两电子从激光场吸收的能量对波长、激光强度和椭偏率的依赖均是由于某种通道主导整个系综两电子从激光场吸收的能量的结果.     

阿秒脉冲的发展及其在原子分子超快动力学中的应用

在过去20年里,激光技术的发展使阿秒科学成为一个新的研究领域,可为量子少体超快演化过程的研究提供新视角.当前实验室中制备的阿秒脉冲以孤立脉冲或脉冲串的形式被广泛应用于实验研究中,其超快变化的光场允许人们操控和跟踪电子在原子尺度的运动,实现对亚飞秒时间尺度电子动力学的实时追踪.本综述聚焦于阿秒科学的重要组成部分,即原子分子超快动力学研究的进展.首先介绍阿秒脉冲的产生和发展,主要包括高次谐波原理和孤立阿秒脉冲分离方法;然后系统地介绍阿秒脉冲在原子分子超快动力学研究中的应用,包括光电离时间延迟、阿秒电荷迁移和非绝热分子动力学等方面;最后对阿秒脉冲在原子分子超快动力学研究中的应用进行总结和展望.     

在双色共振激光场中电子原子碰撞的自由-自由跃迁过程

研究了双色共振激光场中电子原子碰撞的自由-自由跃迁过程. 利用三能级模型和旋转波近似得到了靶原子的波函数, 在波恩近似的基础上进一步导出了多道碰撞的微分截面公式. 利用此公式计算了共振激光场中的激发碰撞对整个的碰撞贡献.     

分子超快动力学研究的重要进展

实时跟踪能量和电荷在分子体系内的转移,观察化学键的生成和断裂过程,追踪分子结构的重新排列和化学反应一直是物理学家和化学家的梦想。当飞秒激光脉冲出现后,使得科学家的梦想得以实现。随之而诞生的分子超快动力学是分子反应动力学研究领域的热点和焦点之一,也在光物理、光化学、光生物学的研究中占据重要地位。     

超快强激光驱动的原子分子电离

强场电离是超快强激光与物质相互作用时发生的基本物理过程。强场驱动原子分子的电离电子动力学过程发生在一个光学振荡周期以内,是在阿秒时间尺度上研究电子超快动力学的典范。不仅如此,强场驱动下的超短电子束还为探测原子分子的结构及其超快动力学提供了重要的技术手段。文章首先简要阐述了超快强光场中原子分子电离的基本物理图像,在此基础上,介绍了近年来基于强场电离电子开展的超快过程研究的几个例子,最后简要讨论了强场电离研究的未来可能发展方向。     

双色激光场中一维氢分子的经典动力学性质研究

应用经典理论方法,采用辛算法,数值求解双色激光场作用下的一维共线氢分子的哈密顿正则方程,得到氢分子在激光场作用下的经典轨迹,并计算H₂⁺,H₂²⁺,H,H⁺等产物的产生概率随时间的演化,分析了双色场的光强、倍频、相位的变化对氢分子动力学性质的影响并给出相关的物理解释.     

受限体相分子的超快微观结构动力学

利用飞秒二维红外光谱实验手段,我们比较研究了两个典型的微乳液体系,即反胶束和双连续相体系,二者的微观超快结构动力学。以六氰基亚铁酸钾[K_4Fe(CN)_6]和六羰基钨[W(CO)_6]分别为水相和油相(异辛烷)的探针分子,在AOT作为表面活性剂所形成的反胶束和双连续相体系中,受限水相和受限油相各自表现出了不同的分子微观结构动力学性质。此外,我们还在分子水平上解释了为什么双连续相体系比反胶束体系具有更好的导电性能。     

双色飞秒脉冲场作用下吡啶分子的弛豫动力学研究

利用自制的飞秒激光系统和飞行时间质谱仪结合泵浦探测的方法对吡啶分子的弛豫动力学进行了研究.用265和398nm的飞秒激光分别作为泵浦光和探测光,通过(1+2′)的共振增强多光电子电离的办法测量了C5H5N+离子强度随时间演化的情况,从而测得吡啶分子在265nm激发的S1电子态有一寿命为(3.3±0.1)ps的快速弛豫过程.     

高相干超快电子源研究进展

以原子级时空分辨监测物质的动力学行为并从最根本层面理解自然界中的微观基本过程一直是飞秒物理、飞秒化学以及飞秒生物学研究的目标.时间分辨电子衍射巧妙地结合了抽运-探测技术和电子衍射技术,可实现直接"观察"和"冻结"类似的超快过程.然而,目前常用的超快电子探针的横向相干性仍受到电子源的初始尺寸、有效温度、能量弥散以及电子间固有库仑排斥的限制,还很难分辨化学和生物相关的复杂有机分子.近年来大量研究工作都集中在发展高相干的超短电子源,其不仅对时间分辨电子衍射研究起到推动作用,也将极大地促进超快电子显微镜、相干衍射成像以及叠层成像等的发展.本综述以相干性为主线,介绍了几种常用平面阴极光电发射源的研究进展,并从产生机理、独有特性和实验成果方面讨论了尖端发射源和冷原子电子源这两类新型的高相干超快电子源,最后对衍射技术的相干性发展和未来应用进行了展望.     

太赫兹辅助测量铷原子超快量子相干过程的理论研究

太赫兹辅助光电离瞬态测量方法可以分辨超快量子拍频,同时对复杂量子系统的超快密度矩阵演化进行成像.本文依据这种方法提出了一种具体的实验方案,利用紫外脉冲(脉宽为30 fs)和高强度太赫兹脉冲(峰值场强:约1 MV/cm)组成复合探测电场,探测铷原子5S1/2和5P3/2叠加态振荡周期约为2.6 fs的量子拍频过程,量子体系密度矩阵演化的布居项和相干项投影在光电子动量谱的不同位置,可以对密度矩阵演化实现完全信息测量.本文设计的实验方案不需要阿秒高次谐波或自由电子激光等复杂的先进光源,可以成为探索复杂量子体系超快相干动力学过程的新方案.     

控制原子非顺序双电离的新方法——双色场方法

电子关联是自然界中的一种普遍现象，它决定了物质的宏观结构，影响着化学反应，它也是物质超导性的本质原因。因此电子关联的研究是目前的一个热点。在强场激光脉冲作用下发生双电离的原子产生的电子对体现了强烈的相关性，它为我们研究电子相关性提供了一个新的途径。     

双色脉冲激光与原子相互作用过程的研究

本文研究了双色脉冲激光与多电子原子相互作用过程,计算了高激发态的粒子数和总离子数随时间的变化,并对计算的结果进行了分析.     

桌面飞秒极紫外光原子超快动力学实验装置

飞秒极紫外光脉冲是研究原子分子超快动力学过程的重要工具,是同步辐射及自由电子激光这样的大科学装置的重要补充,而且具有非常诱人的发展前景.本工作基于大功率飞秒近红外激光在气体介质中的高次谐波过程,搭建了一套桌面飞秒极紫外光源.使用充气的中空波导管产生高次谐波,增大了驱动光与介质的作用长度,显著提高了光子产额.使用了光栅的圆锥衍射模式来实现高次谐波光子能量的选择,在保证高衍射效率的同时,减小了光栅衍射对于光脉冲的时间展宽效应.通过实际测量,光源的输出光子能量可覆盖20—90 eV的范围.在光子能量为40 eV附近,输出光子流强达1×10¹⁰ photons/s,光子能量分辨约为0.4 eV.该光源结合新研制的反应显微成像谱仪,为研究极紫外光与原子分子的相互作用提供了独特的手段.目前已成功开展多次原子及分子电离实验,系统性能稳定.     

半导体纳米颗粒电子的超快弛豫过程

为了研究在飞秒激光作用下半导体纳米颗粒的超快动力学过程,建立了一个带表面态的三能级结构的载流子弛豫简化模型,得出各能级的电子速率方程.利用数值模拟方法模拟出各能级电子密度和差分吸收率随时间的变化情况,得知由于吸收截面的变化,差分吸收谱会有一个超快的变化过程.并将模拟结果与FanxinWu等人的实验结果相比较,其曲线特征基本一致.说明该模型有一定的合理性.     

利用飞秒泵浦-探测技术对分子超快动力学过程研究的新进展

本刊讯 飞秒泵浦-探测技术是一种可以在原子运动时间尺度上实时观测化学反应的有力手段,在飞秒泵浦-探测技术基础上发展起来的分子超快动力学是当前分子反应动力学研究领域的热点和焦点之一。武汉国家光电实验室张冰团队一直从事分子超快动力学方面的研究。最近,该团队利用飞秒泵浦-探测技术与飞行时间质谱和光电子影像技术相结合,对碘甲烷分子的B带预解离超快动力学过程进行了研究并取得重大进展。