(科技日报记者 刘志伟 通讯员 杨婷婷)12月13日,记者从中科院武汉精密测量院获悉,该院柳晓军团队与合作者提出了一种新颖的、完全基于离子碎片探测的分子阿秒角条纹(亦称分子“阿秒钟”)方案,并采用该方案首次对氢气分子强场电离过程中的电子隧穿时间进行了精密测量,给出了该时间的上限为10阿秒(1阿秒=10的负18次方秒)。相关工作发表在物理学权威杂志《物理评论快报》上。
量子隧穿效应是指在微观世界中,电子等微观粒子能够穿越高于自身能量位垒势的“奇异”行为。量子隧穿效应是微观粒子呈现出来的基本量子特性,无法用经典力学的观点进行解释。量子隧穿对理解众多自然现象,如恒星核聚变,放射性衰变等起着至关重要的作用,同时也是扫描隧道显微镜等现代科学仪器的物理基础。尽管如此,自量子力学建立以来,关于量子隧穿的一个基本问题,即它的发生是否需要时间却饱受争议。
科研人员用于探测研究的离子-电子关联动量谱仪
强激光场中的原子分子为研究量子隧穿的阿秒时域特性提供了一种独特的“人造隧穿”体系。原子分子的外层电子在强激光场作用下会通过隧穿电离方式逃逸出去,通过精密探测隧穿电子动力学行为,可以在阿秒时间尺度下探究量子隧穿是否需要时间(即隧穿时间)这一基本物理问题。为此,研究人员在近年提出了一种行之有效的“阿秒钟”方案,通过将隧穿时间转化为隧穿电子发射角度的偏转,从光电子谱中读取隧穿时间信息。有意思的是,过去十多年来,不同研究小组基于“阿秒钟”方案,结合不同原子体系开展研究得到的结论却大相径庭:隧穿电离或许瞬间发生,或许需花费百阿秒量级的时间。
围绕研究领域存在的这一争议,柳晓军团队及合作者提出了一种新颖的、基于离子碎片测量的分子“阿秒钟”方案,将隧穿时间测量首次拓展到分子体系。在他们的方案中,一方面,通过巧妙利用分子强场电离伴生的碎解离子动量分布对驱动激光的偏振状态进行原位测量,避免了传统方案中因激光偏振方向标定对隧穿时间信息提取的可能影响;另一方面,通过光离子发射角度的偏转读取隧穿时间信息,避免了传统“阿秒钟”方案通过电子发射角偏转读取隧穿时间对物理模型的依赖。
研究团队将该方案应用于氢气分子的强场隧穿电离研究,实验测量到的光离子发射角度偏转与第一性原理计算结果很好吻合,基于该测量方案得到的隧穿时间上限为10阿秒,这与前人基于氢原子隧穿电离研究得到的隧穿瞬间发生的结论一致。分子“阿秒钟”方案可望拓展用于其他复杂分子体系,进一步研究如分子结构、分子轨道对称性等复杂分子特性对强场隧穿电离过程的影响,进而深化对量子隧穿时间相关问题的认识。
在这一研究中,精密测量院全威研究员主导开展了实验测量工作,俄罗斯萨尔托夫州立大学Serov博士与澳大利亚国立大学Kheifets教授开展了相应的理论计算工作;Kheifets教授与柳晓军研究员是该论文的共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中科院先导B专项的资助和支持。
- 关键词:精密测量 量子隧穿效应 阿秒钟
- 浏览量:1264
- 来 源:科技日报
- 编辑:清风
- 声明:凡本网注明" 来源:仪商网"的所有作品,版权均属于仪商网,未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用,并注明"来源:仪商网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品,归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载,如有作品内容、版权以及其它问题的,请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜,请联系本网。
QQ:2268148259、3050252122。 -
-
让机器人拥有"人类级触觉":国产精密仪器如何助推智能制造进阶产品应用|2025-03-20
-
多路交直流电压、电流和温度测试产品应用|2025-03-18
-
干货分享 | 看了这些建议,让你的电源更耐用!产品应用|2025-03-04
-
超导应用中的Magna-Power大电流直流电源产品应用|2025-02-25
-
FLIR X-HS高端红外热像仪:精准测温,无损记录——科研理想之选!产品应用|2025-01-15
-
【解决方案】精准贴片电感测试,专业仪器+夹具助力高效分析电子行业|2024-12-31
-
中国科大实现百公里开放大气双光梳精密光谱测量前沿科技|2024-12-11
-
精密测量技术与仪器仪表行业的未来发展技术分析|2024-11-29
-
仪器仪表解决方案:助力各行业精确测试与测量需求电子行业|2024-11-26
-
使用Fluke 5560A多产品校准器校准六位半台式数字多用表(DMM)产品应用|2024-11-22