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本研究室在原子单光子电离激发研究中取得首个实验成果
更新时间:2020-06-01 09:20:14  |  点击次数:154次

光子与原子分子的相互作用,是自然界中普遍存在的基本现象。当高能光子作用于原子时,原子中的电子有可能吸收光子的能量,从而脱离原子核的束缚发生电离,这就是光电效应。通过测量光电子的信息,可以得到原子内部的结构信息,是深入认识物质世界的重要手段。人们还发现,当原子吸收能量较高的单个光子后,在发生电离的同时还可能伴随着离子中其它电子的激发,即光电离激发现象,这是光电效应的高阶过程。由于一个光子只能被一个电子吸收,此过程必然是由电子电子关联效应导致的。而电子电子关联效应,是自然界中众多现象的根本原因,如超导现象及各种化学反应等。因此,研究原子在高能光子作用下的光电离激发,对于深入理解电子电子关联机制,进一步认识丰富多彩的化学、生物等过程具有重要的意义。

而目前最主要的高能光子源为同步辐射和自由电子激光这样的大科学装置,一般具有严格的机时限制,且体量庞大无法在普通实验室中推广。近年来随着激光技术的发展,基于强激光场中的高次谐波效应可以在桌面化尺度产生极紫外甚至软X射线能区的高能光子,是当今光源发展的重要趋势。国际上一些著名实验室已实现高次谐波极紫外光源在原子分子光物理研究中的成功应用,而国内目前暂未有直接使用高次谐波光源开展原子分子光物理实验的研究报道。

近期,近代物理研究所原子分子结构与动力学室的科研人员基于高次谐波的单色化,结合反应显微成像谱仪,搭建了专门用于研究高能光子与原子分子相互作用的动力学实验平台,并开展了Ar原子的电离激发实验。实验使用能量34 eV-42 eV的光子,研究了Ar原子的3s光电离伴线在近阈值能区的特性。实验观测到了多条光电离伴线,并测量了相应的光电子角分布,得到了光电子角分布的不对称参数β。其中大部分β数据是该能区内的首次报道,为进一步的理论发展提供了宝贵的参考。进一步地,科员人员分析了不对称参数随着光子能量的变化,发现不同伴线通道的β值展现出截然不同的变化趋势。目前深入的理论研究依然十分匮乏,亟待完善,以便更好地解释实验现象,加深对电子关联效应的理解。

此项研究得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金项目的支持。成果发表在Physical Review A 101(2020)010701。文章链接:https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.101.052706


1:使用高次谐波极紫外光源研究原子光电离激发过程的实验装置

2(a).在光子偏振方向(图中红色箭头)与传播方向组成的平面内的光电子动量分布,最外围的两个圆环分别对应于3p电子和3s电子的直接电离,内部的结构对应于光电离伴线。(b).3p电离的光电子角分布及拟合得到的不对称参数