固体强场电离的阿秒测量与操控研究
批准号:
11934006
项目类别:
重点项目
资助金额:
335.0 万元
负责人:
陆培祥
依托单位:
学科分类:
超快超强光物理
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
陆培祥
中文摘要
在超高时间分辨率下探索物质内部电子的超快动力学行为与过程,是理解材料、物理、化学、生物等科学领域中众多现象的关键。然而,与气体情况相比,固体电子的发射过程受到更多复杂因素的影响,使得在阿秒时间精度下对固体强场电离的理论和实验研究都遇到了巨大的挑战。本项目拟利用阿秒干涉技术实现对金属光电子发射时间的阿秒精度测量,结合量子数值模型揭示固体能带结构、平均自由程等固体属性对固体光电子发射特性影响的物理规律。在此基础上进一步研究不同固体强场电离机制下的电离效率标度定律、电子发射速度与空间分布特性。通过对固体电离电子发射特性的深刻理解,结合光场时域与空间调控手段,实现固体电离电子在阿秒时间-纳米空间尺度上的可控发射。这些研究将推动阿秒时间分辨的固体电离电子测量与操控技术的发展并激发新应用。
英文摘要
Probing ultrafast dynamic behaviors and processes of electrons inside matters with ultrahigh time resolution is the key to understand many phenomena in material science, physics, chemistry and biology. However, in contrast to the case of gaseous medium, electron emission from solids is affected by much more complicated factors, resulting in huge challenges for both theoretic and experimental investigations of strong-field ionization in solids with attosecond time resolution. This project plans to employ attosecond interferometric technique to measure emission time of photoelectrons from metals with attosecond resolution, and reveal the physical influence of solid properties such as band structure and mean-free path on the emission properties of photoelectrons from solids with the help of quantum-mechanical numerical model. Furthermore, we extend to investigate the scaling law of ionization probability, the velocity and spatial distributions of emitted electrons within different strong-field ionization mechanisms in solids. Having deep insights into the emission properties of electrons ionized from solids, we plan to achieve controllable emission of electrons ionized from solids on attosecond-time and nanometer scales by means of tailoring the light-field in time and space domain. These studies will advance attosecond-time resolved measurement and control techniques of electrons ionized from solids and motivate novel applications.
本项目系统地开展了固体光电离的特性与动力学操控研究。完善了固体强场电离的量子计算模型,考虑了能带结构、输运散射和激光场重新分布等因素,提出了利用阿秒干涉技术解读光电子累积的相位差,并开发了直接重建半导体能带结构的全光方法。实验上,构建并优化了阿秒干涉实验平台,实现了隧穿电离电子量子轨迹的分辨,建立了电子/离子动量三维分布与纳米尺度光场分布的映射关系,成功成像了纳米颗粒内部和表面光场。研究揭示了纳米颗粒从等离激元激发到完全等离子体化的转变过程,明确了表面和体内光场的作用。此外,提出并验证了氧化镁晶体中电子潮汐效应在强激光与固体相互作用中的重要性。建立了固体高次谐波产生的惠更斯-菲涅尔图像,准确描述了强场下固体电子运动的波动性,标定了电子动力学过程的时钟。建立了多波长合成光源系统,研究了固体电离特性在不同电离机制转变过程中的新规律。利用机器学习结合高次谐波自探测方法,实现了单分子层面的电荷迁移过程成像。提出了推广的非线性极化唯象模型,拓展了非线性光学理论。最终,优化了阿秒干涉测量平台的光源,生成了高能量、时域波形干净的少周期蓝色脉冲,测量了薄膜金属电子发射时间,揭示了输运过程对光电子发射的影响。项目执行期间,共发表SCI论文40篇,其中Physical Review Letters 7篇,Nature Communications 1篇,Reports on Progress in Physics 1篇,Laser & Photonics Reviews 1篇,Advanced Photonics 2篇,Advanced Optical Materials 1篇,Carbon 1篇,Physical Review A 9篇,Optics Letters 3篇,Optics Express 4篇,Optics and Laser Technology 2篇。本项目的完成为深入理解固体强场电离机制和电子动力学操控奠定了坚实基础,为纳米尺度光场成像、单分子层电荷迁移过程成像等前沿研究提供了有力工具,对推动强场光物理和光电子学的发展具有重要科学意义。
基于量子干涉的阿秒电子波包测量方法研究
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批准号:61475055
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项目类别:面上项目
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资助金额:94.0万元
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批准年份:2014
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负责人:陆培祥
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依托单位:
基于双色光场量子操纵的分子轨道高时空分辨成像研究
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批准号:11234004
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项目类别:重点项目
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资助金额:320.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陆培祥
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依托单位:
脉冲CO2激光驱动的EUV光源研究
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批准号:61078024
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项目类别:面上项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2010
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负责人:陆培祥
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依托单位:
基于量子通道调控的分子高次谐波特性研究
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批准号:10774054
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项目类别:面上项目
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资助金额:42.0万元
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批准年份:2007
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负责人:陆培祥
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依托单位:
高能量输出的高次谐波相干XUV光源研究
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批准号:10574050
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2005
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负责人:陆培祥
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依托单位:
高能激光离子源的研究
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批准号:10375083
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项目类别:面上项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2003
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负责人:陆培祥
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依托单位:
国内基金
海外基金