最近，來(lái)自上海光機(jī)所的研究人會(huì)員觀察到使用飛秒激光場(chǎng)誘導(dǎo)的周期性的 電子束條紋。科學(xué)家們首次為大家展示了 前所未有的的時(shí)間分辨率的阿秒電子動(dòng)力學(xué)的直接計(jì)量學(xué)結(jié)果。這一研究成果發(fā)表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

(a) 激光測(cè)繪阿秒電子動(dòng)力學(xué)；(b) 相位空間和角分布

圖解： (c) 從等離子鏡子中從不同的噴射次數(shù)中同反射的激光脈沖的頂點(diǎn)發(fā)射出電子

最近，來(lái)自上海光機(jī)所的研究人會(huì)員觀察到使用飛秒激光場(chǎng)誘導(dǎo)的周期性的 電子束條紋。

科學(xué)家們首次為大家展示了 前所未有的的時(shí)間分辨率的阿秒電子動(dòng)力學(xué)的直接計(jì)量學(xué)結(jié)果。這一研究成果發(fā)表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

電子和光子的相互作用是微觀物理學(xué)的基礎(chǔ)。在一個(gè)光場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下對(duì)超快電子動(dòng)力學(xué)真相的揭示會(huì)導(dǎo)致超快電子衍射和微觀分析，超快條紋相機(jī)，自由電子激光的巨大進(jìn)展。這些背后的動(dòng)力學(xué)機(jī)制均在飛秒時(shí)間尺度之下被隱藏起來(lái)了，因此探究和追蹤電荷動(dòng)力學(xué)在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用需要一個(gè)前所未有的時(shí)間分辨率的設(shè)備儀器來(lái)完全探究其潛在的東西。然而，直接達(dá)到進(jìn)行光場(chǎng)表征自由電子脈沖仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，這是因?yàn)樵讷@得光場(chǎng)和電子的相位的匹配上依然非常困難。

在本研究中，直接探測(cè)自由電子脈沖列的阿秒動(dòng)力學(xué)可以通過(guò)一個(gè)可比分辨率的新的實(shí)施辦法，稱之為條紋成像的基本理念來(lái)進(jìn)行實(shí)施，此時(shí)的條紋通過(guò)一個(gè)亞相對(duì)論紅外激光場(chǎng)（sub-relativistic infrared laser field）來(lái)進(jìn)行控制。

阿秒電子脈沖列的激光條紋的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

通過(guò)使用一個(gè)高對(duì)比度的激光器和等離子鏡片，發(fā)射的電子脈沖在激光電場(chǎng)中停留且保持一定的位相，此時(shí)可以巨大的緩和時(shí)間同步上的巨大挑戰(zhàn)。隨著反射的激光場(chǎng)作為一個(gè)條紋場(chǎng)，阿秒電子脈沖在不同的光循環(huán)中產(chǎn)生，從而可以在遠(yuǎn)場(chǎng)橫向進(jìn)行分離。

依據(jù)原場(chǎng)圖像，電子在屏幕中的時(shí)變撓度條紋的位置，測(cè)繪電子脈沖的時(shí)間分布至空間分布。三組電子在上升的邊緣 (I)分別噴出，在頂點(diǎn)的相鄰區(qū)域 (II)，在激光脈沖(III)的尾部在激光場(chǎng)中經(jīng)歷著不同的超快過(guò)程。

電子發(fā)射自等離子鏡片在不同噴射時(shí)間同反射的電子脈沖相對(duì)應(yīng)時(shí)計(jì)算得到的相位空間和角分布

實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果證實(shí)了探索時(shí)間——空間測(cè)繪時(shí)，采用激光場(chǎng)誘導(dǎo)的辦法來(lái)觀察電荷在阿秒分辨率層面下的等離子表面的超快動(dòng)力學(xué)?？梢赃_(dá)到的瞬時(shí)條紋速度為60 μrad/as，是其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手THz條紋速度的幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

這一直接的空間占據(jù)主導(dǎo)地位的辦法為各種不同的阿秒計(jì)量學(xué)開(kāi)辟了道路和為將來(lái)光波電子學(xué)的應(yīng)用鋪平了道路。

文章來(lái)源:Zhou, C., Bai, Y., Song, L. et al. Direct mapping of attosecond electron dynamics. Nat. Photonics (2020). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00730-6