強場隧穿電子再碰撞動力學研究

《強場隧穿電子再碰撞動力學研究》是依託北京套用物理與計算數學研究所，由劉傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強場隧穿電子再碰撞動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉傑
• 依託單位：北京套用物理與計算數學研究所

項目摘要

強雷射與物質相互作用涉及原子的高剝離過程、帶電粒子加速乃至超強場中的真空極化及正負電子對產生，是當今物理學的重要前沿研究領域，具有很強的基礎性與探索性。強雷射中原子的電離過程是研究強雷射與各種複雜物質形態相互作用的基礎，展現出非微擾、多體關聯主導的複雜動力學行為。其中，隧穿電子在強雷射驅動下與母核發生再碰撞過程，將導致高能的閾上電離能譜、非序列多重電離、再俘獲引起的穩定化以及高次諧波發射等新奇現象，是強場物理研究的核心問題之一。本項目旨在套用量子理論、半經典軌道模擬方法結合最新實驗進展，深入研究再碰撞過程中的多電子關聯效應及母核的庫侖聚焦效應。探討通過再碰撞過程探索原子分子內部阿秒尺度的電子運動及結構變化的可行方法。對相關問題的深入研究，將有助於了解極端光場中物質微觀動力學機理，在阿秒脈衝產生、分子軌道層析成像以及新型輻射源（X光源、中子源）方面也有潛在套用。

結題摘要

隧穿電子在強雷射驅動下與母核發生再碰撞過程，將導致高能的閾上電離能譜、非序列多重電離、再俘獲和穩定化以及高次諧波發射等新奇現象，是強場物理研究的核心問題之一。本項目圍繞這一科研熱點，在發展含時薛丁格方程的求解程式，以及團簇與強雷射相互作用的分子動力學程式的基礎上，綜合運用量子散射方法和經典軌道模擬，通過大規模數值計算，結合最新實驗發現，探索了隧穿電離中的混沌散射、超低能結構、中性原子加速、庫侖不對稱性、光子動量分配；非序列雙電離中的庫侖三體問題、內殼層電子效應、關聯電子熱化；多聚物中的里德堡電子囚禁；小尺寸原子團簇的電離與膨脹動力學等新物理、新現象，並發展基於奇偶階高次諧波和阿秒瞬態光吸收譜等強場與物質相互作用效應的原子、分子結構成像新方法。這些結果一方面加深了人們對極端光場中物質微觀動力學機理的理解，同時在阿秒物理、精密測量等領域展現了誘人的套用前景。在項目執行期間（2013 - 2016 年），我們共發表相關SCI 論文27篇，其中包括Physical Review Letters 5 篇，Scientific Reports 2 篇，Physical Review A/E 13篇。出版中英文專著各一部 [1. Jie Liu, Classical Trajectory Perspective of Atomic Ionization in Strong Laser Fields: Semiclassical Modeling, Springer (2013); 2. 劉傑、夏勤智、傅立斌，強雷射場中的原子、分子與團簇，科學出版社 (2014)]，為相關領域的進一步深入研究奠定了堅實的基礎。