如何實(shí)現(xiàn)電子本征運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度超快精密測(cè)量，是阿秒(1阿秒=10-18秒)超快科學(xué)的一個(gè)核心問(wèn)題。華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授吳健團(tuán)隊(duì)借助一氧化氮分子形狀共振電離過(guò)程，首次報(bào)道了阿秒時(shí)間尺度上分子空間不對(duì)稱(chēng)性電離。相關(guān)研究發(fā)表于《物理評(píng)論X》。

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，電子的電離過(guò)程是瞬時(shí)的，是在“一瞬間”從束縛態(tài)躍遷至連續(xù)態(tài)，成為自由電子。隨著對(duì)電子散射、電子電離本質(zhì)的深入理解，以及超快光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是新型阿秒光脈沖技術(shù)的發(fā)展，研究人員逐漸認(rèn)識(shí)到光致電離并不是一個(gè)瞬時(shí)過(guò)程，電子需要數(shù)阿秒乃至數(shù)百阿秒的時(shí)間穿越原子或分子的庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)。其超快的時(shí)間尺度概念等同于一秒對(duì)比宇宙的壽命。而電子離開(kāi)母核所花費(fèi)的準(zhǔn)確時(shí)間與它感受的、經(jīng)歷的勢(shì)場(chǎng)的強(qiáng)弱、形狀息息相關(guān)。

“阿秒超快科學(xué)屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，覆蓋物理、化學(xué)、生物、材料等，對(duì)探究新型光電功能材料物理機(jī)制，制備拍赫茲光子器件，實(shí)現(xiàn)材料屬性、物質(zhì)相變、分子結(jié)構(gòu)變化精密測(cè)量，具有十分重要的科學(xué)意義。”吳健告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

2017年，該實(shí)驗(yàn)室研究員宮曉春首次在強(qiáng)場(chǎng)氬原子多光子弗瑞曼共振電離圖像中觀測(cè)到電子百阿秒共振電離延遲，并成功建造出國(guó)內(nèi)首臺(tái)極紫外阿秒符合干涉儀。基于該系統(tǒng)，吳健團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)“光電子電離空間不對(duì)稱(chēng)性”這一核心問(wèn)題，利用雙光子干涉的阿秒拍頻重構(gòu)探測(cè)方法得到光電子電離干涉能譜，并從中提取出電離過(guò)程中原子核與電子之間庫(kù)侖相互作用產(chǎn)生的電離時(shí)間延遲。進(jìn)一步通過(guò)軸向反沖近似處理，實(shí)現(xiàn)了分子坐標(biāo)系內(nèi)對(duì)不同排列方向上的能量、角度分辨的光電子電離延時(shí)精密測(cè)量，成功觀測(cè)到150阿秒的相對(duì)電離延時(shí)。

宮曉春結(jié)合量子散射模型下的“單中心”理論模型，證明實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的形狀共振由一種分波的準(zhǔn)束縛態(tài)產(chǎn)生，且實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的電離延時(shí)來(lái)自于光電子出射過(guò)程中離心勢(shì)壘導(dǎo)致的共振電離路徑與非共振電離路徑間的干涉。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)室研究員倪宏程發(fā)展的 “雙中心”理論模型，佐證了電離初態(tài)和末態(tài)非對(duì)稱(chēng)性對(duì)電子電離空間不對(duì)稱(chēng)性起著重要的誘導(dǎo)作用。

“利用阿秒—亞納米超高時(shí)空分辨符合成像技術(shù)發(fā)展的新型阿秒鐘，適用于具有不對(duì)稱(chēng)勢(shì)阱的其他分子和表界面的共振光電子輻射行為的精密測(cè)量。”吳健說(shuō)，“有望為探索復(fù)雜體系中的阿秒光電子動(dòng)力學(xué)，研究溶液、復(fù)雜材料和生物組織中的時(shí)間分辨量子動(dòng)力學(xué)開(kāi)辟一條新途徑。”(張雙虎 黃辛)

關(guān)鍵詞： 阿秒 一氧化氮分子形狀共振電離過(guò)程 電子本征運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度 阿秒電離精密測(cè)量