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我国科学家在电子发射超快动力学测量原理研究获进展
2025年12月25日 11:37:51
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：4546
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队在电子发射超快动力学测量原理方面取得进展。研究团队提出并实验验证了一种无需泵浦—探测的直接时间重建方法，可从电子能谱中直接提取出亚周期尺度的电子发射时序信息。
超快电子动力学测量一直是物理化学研究的前沿领域。当光与物质相互作用时，电子在飞秒甚至阿秒的时间尺度内被激发、发射、驰豫，这些过程决定了材料的光电性能、化学反应路径乃至量子行为。传统上，科学家们依赖“泵浦—探测”技术研究这些瞬态过程：先用一束激光激发样品，再用另一束延迟的激光“探测”系统的响应。这种技术需要复杂的激光系统和精密的同步控制，且受限于时间分辨率。
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队在电子发射超快动力学测量原理方面取得进展。研究团队提出并实验验证了一种无需泵浦—探测的直接时间重建方法，可从电子能谱中直接提取出亚周期尺度的电子发射时序信息。
电子发射动力学尤其复杂，尤其是在极短的时间尺度上，电子经历了怎样的能量转换、相位变化和时间演化，一直是个难以直接观测的“黑箱”。上海光机所团队提出了一种颠覆性的直接时间重建方法，不需要传统的泵浦—探测方案，就能从电子能谱中提取出亚周期尺度的电子发射时序信息。
这一方法的核心在于对电子能谱的精细分析与物理建模。研究团队利用太赫兹波驱动电子发射，通过精确测量发射电子的能量分布，反向推导出电子发射的时间演化过程。他们发现，电子的能量分布与发射时间点之间存在确定性关系，这种关系由驱动场的瞬时相位决定。通过建立这一关系的数学模型，研究团队实现了从单次测量结果中重建整个发射时间线。
研究团队通过精心设计的太赫兹场和样品结构，创造了电子发射对相位极为敏感的条件。随后，他们建立了从电子能谱到发射时间分布的数学反演算法，这一算法能够将能量空间的测量结果转换到时间域的动力学信息。实验验证表明，这种方法能够重建出电子发射随驱动场相位的演化过程，分辨率达到亚周期水平，即优于半个光学周期，这对应于太赫兹波段约数百飞秒的时间分辨率。
研究团队使用强场太赫兹源和电子能量分析仪搭建了实验平台。太赫兹脉冲聚焦于特制的纳米结构样品表面，驱动电子发射。发射的电子经过能量分析，得到其动能分布。研究人员将实验结果与数值模拟进行对比，验证了直接时间重建方法的准确性和可靠性。
这项研究挑战了超快测量领域长期依赖泵浦—探测范式的传统，提供了一种更直接、更简洁的时间分辨测量方案。它不仅简化了实验装置，还避免了泵浦—探测技术中固有的系统误差和时间分辨率限制。对于阿秒科学和强场物理而言，这一方法提供了研究极快电子动力学的新工具。电子在强激光场中的发射、加速和干涉过程，现在可以通过更直接的测量手段进行研究。
相关研究成果Direct Reconstruction of Terahertz-Driven Subcycle Electron Emission Dynamics于近日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。
参考来源： 上海光学精密机械研究所
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