使用強(qiáng)激光場探測液體中的電子動力學(xué)

來自漢堡馬克斯普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動力學(xué)研究所(MPSD)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一個國際研究團(tuán)隊現(xiàn)在已經(jīng)證明，有可能使用強(qiáng)激光場探測液體中的電子動力學(xué)，并檢索電子平均自由程——電子在與另一個粒子相撞之前可以行進(jìn)的平均距離。 他們發(fā)現(xiàn)，液體發(fā)出稱為高諧波光譜的特定光譜的機(jī)制與氣體和固體等物質(zhì)其他相中的機(jī)制明顯不同。該團(tuán)隊的研究結(jié)果為更深入地了解液體中的超快動力學(xué)打開了大門。

使用強(qiáng)激光場產(chǎn)生高能光子，被稱為高諧波產(chǎn)生(HHG)，是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，通常部署在許多不同的科學(xué)領(lǐng)域，例如探測材料中的電子運(yùn)動，或及時跟蹤化學(xué)反應(yīng)。HHG在氣體中被廣泛研究，最近在晶體中也進(jìn)行了廣泛研究，但到目前為止，對液體中的這種現(xiàn)象的了解要少得多。

強(qiáng)激光場可以探測液體中的電子動力學(xué)，并檢索電子平均自由程，這是液體中電子運(yùn)動的機(jī)制?，F(xiàn)在，瑞士和德國的研究小組在《自然·物理》雜志上報告了他們是如何證明液體在強(qiáng)激光照射下的獨(dú)特行為的。 到目前為止，幾乎對這些液體中的光誘導(dǎo)過程一無所知——與最近關(guān)于固體在輻射下如何表現(xiàn)的科學(xué)進(jìn)展形成了鮮明的對比。

一束強(qiáng)烈的激光脈沖(紅色部分)撞擊水分子流，引起液體中電子的超快動力學(xué)。 因此，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的實驗小組開發(fā)了一種獨(dú)特的儀器，專門研究液體與強(qiáng)激光的相互作用。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的行為，即通過HHG在液體中獲得的最大光子能量與激光的波長無關(guān)。那么，是什么因素導(dǎo)致了這個上限呢？ 這就是MPSD理論小組著手解決的問題。至關(guān)重要的是，漢堡的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系。

MPSD研究員、該研究的合著者Nicolas Tancogne-Dejean說：“電子在與另一個粒子相撞之前在液體中可以行進(jìn)的距離是限制光子能量的關(guān)鍵因素。我們能夠從實驗數(shù)據(jù)中提取這個量——被稱為有效電子平均自由程——這要?dú)w功于一個專門開發(fā)的分析模型，該模型考慮了電子的散射。”

通過結(jié)合他們在液體中研究HHG的實驗和理論結(jié)果，科學(xué)家們不僅準(zhǔn)確地確定了決定最大光能的關(guān)鍵因素，而且還進(jìn)行了液體中第一次高諧波光譜實驗。在低動能下，即本研究中實驗探測的區(qū)域，電子的有效平均自由程非常難以測量。 因此，蘇黎世ETZ / MPSD團(tuán)隊的工作將HHG作為研究液體的一種新的光譜學(xué)工具，因此是了解液體中電子動力學(xué)的重要墊腳石。

審核編輯：劉清