原子、分子中電子軌道成像的一種新方法研究

《原子、分子中電子軌道成像的一種新方法研究》是依託上海師範大學，由張敬濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：原子、分子中電子軌道成像的一種新方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張敬濤
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

電子軌道指的是原子、分子中電子云的分布，它是原子分子物理研究的基本問題之一。雷射與原子、分子的相互作用受到了電子波函式的調製，也在不同方面體現出這種調製的影響，這使得我們可以採用新的方法觀測原子、分子中的電子軌道。本項目即利用強雷射場中原子、分子多光子電離的光電子以及伴生的高次諧波，對原子、分子中電子的軌道成像。這是當前強雷射與原子、分子相互作用研究的一個重要套用，也是雷射物理研究的前沿課題之一。我們將在既有研究成果的基礎上，發展新的疊代算法，利用光電子能譜和高次諧波能譜，對惰性氣體原子的基態電子軌道、幾種常用分子的最高占有軌道成像，並通過選擇合適的強度和波長，首次對分子的次高占有軌道成像。本項目在研究方法上有創新，在研究內容上有突破，研究結果在多個研究領域有套用。

結題摘要

新型超短、超強雷射的出現，為探測微觀物質結構提供了一條嶄新的途徑, 先驅性的實驗已經開展。本項目開展強雷射場中原子、分子多光子電離和高次諧波研究，並利用光電子能譜和高次諧波能譜，對原子、分子中束縛電子的軌道進行成像。本項目按照計畫開展研究，在強雷射與原子相互作用研究中取得重要進展，並在軌道成像的原理和方法方面進行了多方面的嘗試。項目組提出了強雷射場中原子雙電離滿足的標度定律，並用於確立等價的電子關聯過程，預言了圓偏振雷射場中惰性氣體原子雙電離率存在Knee結構，證實了圓偏振雷射場中電子關聯的普遍存在，確定了圓偏振雷射場中觀測Knee結構的光場條件；我們提出利用雙圓偏振的雷射場激發分子提高雙電離率，有益於電子關聯的實驗觀測；研究了雙圓偏振的雷射場中高次諧波生成過程，利用量子化的Volkov態為光電離的中間態，在無任何額外假設的條件下，理論再現了Nature Photonics 上發表的實驗觀測結果，確定了諧波生成的階次選擇規律，並探討了軌道對稱性與產生的諧波級次之間的對應關係、光子的軌道角動量與空間對稱性的關係以及諧波生成過程中偶極和非偶極的貢獻；提出利用光電子角動量的二維分布，結合光電離的標度定律確定其動力學過程的影響，實現對原子軌道的二維成像的方案；發展了一套基於諧波能譜的疊代算法，利用強雷射場激發靶產生的高次諧波能譜，對惰性氣體原子和簡單對稱分子的中的電子軌道成像，得到了電子軌道的徑向分布；等等。在國內外重要學術刊物上發表標註本項目的SCI論文19篇，其中包括本領域主流刊物Phys. Rev. A 文章4篇，光學著名刊物Opt. Express 文章2篇以及App. Phys. Lett.文章1篇，並有多個研究成果在後續處理過程中。本項目執行過程中，先後有兩名博士研究生、四名碩士生畢業並獲得博士/碩士學位，並繼續從事相關研究。總之，本項目達到了預期研究目標。