華東師大精密光譜科學與技術國家重點實驗室吳健團隊與上海交通大學研究員何峰合作，利用飛秒強激光與分子相互作用產(chǎn)生里德堡原子，并結合電子-原子核關聯(lián)能譜技術，揭示了多光子共振激發(fā)是強激光誘導里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機制。相關研究結果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)，在強激光場作用下，電子有一定的概率不被電離而被囚禁在里德堡態(tài)，形成穩(wěn)定的中性里德堡原子分子。中性里德堡原子分子在精密光譜與精密測量、量子非線性光學、非平衡量子多體動力學、量子計算與量子信息等交叉研究前沿中有許多重要的應用。

氫氣分子作為最簡單的兩電子中性分子系統(tǒng)，在揭示分子基本動力學過程方面扮演了十分重要的角色。吳健團隊利用紫外飛秒強激光脈沖與氫氣分子相互作用，開展強激光誘導里德堡態(tài)激發(fā)過程的實驗探索。通過符合探測光電離解離產(chǎn)生的離子H+、中性里德堡原子H*和自由電子，并結合電子-原子核關聯(lián)能譜技術，實驗揭示了多光子共振激發(fā)為強激光誘導里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機制。

該論文第一作者張文斌介紹說，利用電子-核關聯(lián)能量譜，強激光場作用下氫氣分子雙電離通道和里德堡原子激發(fā)通道均可用三步過程很好的描述。實驗結果顯示，里德堡態(tài)多光子共振激發(fā)時的核間距要小于發(fā)生共振增強電離時的核間距。由于斯塔克位移效應的影響，發(fā)生里德堡態(tài)共振激發(fā)處的核間距大小隨著激光強度的增加而變大。這一變化將影響電子與解離原子核之間的能量分配，從而引起里德堡原子的能譜結構隨光強的變化。當光強達到一定強度時，氫氣分子雙電離通道和里德堡原子激發(fā)通道的解離原子核能譜變得非常相似。

“這一現(xiàn)象表明，多光子共振激發(fā)機制作為強激光誘導里德堡態(tài)產(chǎn)生的普適機制，同樣可以很好的解釋受挫量子隧穿電離理論的預測結果?！眳墙”硎?，該項研究揭示了分子內電子-核關聯(lián)效應在里德堡原子產(chǎn)生的過程中的重要性，極大深化了人們對強激光誘導里德堡態(tài)激發(fā)這一基本物理行為的認識，為強場里德堡原子分子激發(fā)的相干調控提供了新方法和新思路。