近日，精密測量院柳曉軍研究團隊在阿秒物理領域取得重要研究進展。團隊提出了一種名為“偏振門阿秒鐘”的新方案，實現了對強激光驅動原子電離中電子關聯動力學的超快探測。相關成果發表在物理學權威期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，同時被遴選為編輯推薦文章(Editors' Suggestion)。
 

　　在阿秒時間尺度上揭示物質內部電子動力學規律，是認識和理解自然界諸多超快光物理和光化學過程的重要物理基礎。為此，2023年諾貝爾物理學獎被授予在阿秒物理研究領域做出杰出貢獻的三位科學家。在眾多阿秒測量譜學技術中，阿秒角度條紋技術(亦稱“阿秒鐘”)因其自參考特性——無需使用阿秒光脈沖，僅利用飛秒激光脈沖即可實現阿秒量級時間分辨率的測量，為深入探究阿秒電子動力學過程提供了獨特手段。“阿秒鐘”技術已成功應用于強場電子隧穿時間、順序雙電離中兩電子電離時間延遲等測量中，然而，傳統的“阿秒鐘”技術受限于所采用的橢圓偏振光脈沖，尚無法直接應用于如電子-電子關聯等更復雜物理過程的研究。
 

　　為了克服這一難題，柳曉軍研究團隊提出了一種基于“偏振門”激光脈沖的“阿秒鐘”方案，并成功將其運用于強場原子雙電離過程中電子-電子關聯動力學的實時探測。研究團隊基于前期建立并發展的載波包絡相位穩定的少周期飛秒激光系統，通過精密控制兩束左旋和右旋圓偏振少周期激光脈沖的時間延遲與載波包絡相位，成功合成“偏振門”超短光脈沖，實現了激光脈沖橢圓偏振狀態在阿秒時間精度上的精確可控。相比以往“阿秒鐘”技術普遍采用的單一橢圓偏振光脈沖，“偏振門”超短脈沖不僅能夠在其中心近線偏振區域內有效制備電子關聯態并驅動電子關聯發射，還保留了阿秒角度條紋高精度采樣電子發射時間的特性。研究團隊以氬原子強場雙電離過程為例，通過研究其產生的雙激發態的關聯電子發射時間差，成功演示了“偏振門阿秒鐘”技術。研究表明，處于雙激發態的兩個關聯電子的電離主要通過兩種不同的通道進行，“偏振門阿秒鐘”技術精確地測出了不同通道對應的兩個關聯電子的電離時間差，分別為234(±22)阿秒和1043(±73)阿秒。電子關聯是影響從簡單原子到復雜分子、凝聚態物質乃至量子材料等體系基本性質和動態行為的關鍵因素，“偏振門阿秒鐘”的實現，為利用超快激光探究原子、分子、凝聚態體系內部復雜電子超快動力學行為提供了新的有效技術途徑。
 

“偏振門阿秒鐘”探測電子關聯動力學示意圖
 

　　相關研究以“Timing Correlated-Electron Emission from Strong Field Atomic Double Ionization with Polarization-Gated Attoclock”為題發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。精密測量院副研究員王艷蘭和余少剛為論文共同第一作者，研究員柳曉軍為通訊作者。
 

　　該工作得到了科技部、基金委、中國科學院等機構的資助。