最近，來自上海光機所的研究人會(hui) 員觀察到使用飛秒激光場誘導的周期性的 電子束條紋。科學家們(men) 首次為(wei) 大家展示了 前所未有的的時間分辨率的阿秒電子動力學的直接計量學結果。這一研究成果發表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

(a) 激光測繪阿秒電子動力學；(b) 相位空間和角分布

圖解： (c) 從(cong) 等離子鏡子中從(cong) 不同的噴射次數中同反射的激光脈衝(chong) 的頂點發射出電子

最近，來自上海光機所的研究人會(hui) 員觀察到使用飛秒激光場誘導的周期性的 電子束條紋。

科學家們(men) 首次為(wei) 大家展示了 前所未有的的時間分辨率的阿秒電子動力學的直接計量學結果。這一研究成果發表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

電子和光子的相互作用是微觀物理學的基礎。在一個(ge) 光場的驅動下對超快電子動力學真相的揭示會(hui) 導致超快電子衍射和微觀分析，超快條紋相機，自由電子激光的巨大進展。這些背後的動力學機製均在飛秒時間尺度之下被隱藏起來了，因此探究和追蹤電荷動力學在這些領域中的應用需要一個(ge) 前所未有的時間分辨率的設備儀(yi) 器來完全探究其潛在的東(dong) 西。然而，直接達到進行光場表征自由電子脈衝(chong) 仍然麵臨(lin) 著巨大的挑戰，這是因為(wei) 在獲得光場和電子的相位的匹配上依然非常困難。

在本研究中，直接探測自由電子脈衝(chong) 列的阿秒動力學可以通過一個(ge) 可比分辨率的新的實施辦法，稱之為(wei) 條紋成像的基本理念來進行實施，此時的條紋通過一個(ge) 亞(ya) 相對論紅外激光場（sub-relativistic infrared laser field）來進行控製。

阿秒電子脈衝(chong) 列的激光條紋的實驗證據

通過使用一個(ge) 高對比度的激光器和等離子鏡片，發射的電子脈衝(chong) 在激光電場中停留且保持一定的位相，此時可以巨大的緩和時間同步上的巨大挑戰。隨著反射的激光場作為(wei) 一個(ge) 條紋場，阿秒電子脈衝(chong) 在不同的光循環中產(chan) 生，從(cong) 而可以在遠場橫向進行分離。

依據原場圖像，電子在屏幕中的時變撓度條紋的位置，測繪電子脈衝(chong) 的時間分布至空間分布。三組電子在上升的邊緣 (I)分別噴出，在頂點的相鄰區域 (II)，在激光脈衝(chong) (III)的尾部在激光場中經曆著不同的超快過程。

電子發射自等離子鏡片在不同噴射時間同反射的電子脈衝(chong) 相對應時計算得到的相位空間和角分布

實驗觀察結果證實了探索時間——空間測繪時，采用激光場誘導的辦法來觀察電荷在阿秒分辨率層麵下的等離子表麵的超快動力學。可以達到的瞬時條紋速度為(wei) 60 μrad/as，是其競爭(zheng) 對手THz條紋速度的幾個(ge) 數量級。

這一直接的空間占據主導地位的辦法為(wei) 各種不同的阿秒計量學開辟了道路和為(wei) 將來光波電子學的應用鋪平了道路。

文章來源:Zhou, C., Bai, Y., Song, L. et al. Direct mapping of attosecond electron dynamics. Nat. Photonics (2020). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00730-6