动态干涉是原子在超短超强激光脉冲作用下可能出现的一种有趣物理现象，该现象很好地展示了电子的物质波属性。早期，动态干涉特指原子在单个超强超短XUV光下的电离过程中的电子干涉现象。受到AC-Stark能移的影响，电子的电离势与XUV光脉冲的瞬时光强有关，在XUV光脉冲的上升沿和脉冲的下降沿对称的两个时间点，可以发射能量相同的两个电子波包，这两个电子波包之间的干涉可导致光电子能谱上的谱峰分裂。理论研究表明，观察动态干涉的谱峰分裂的条件是十分苛刻的。一方面，我们要保证初态的布居数在脉冲的下降沿足够大以保证时域双缝干涉的第二个缝是有意义的，另一方面我们还需要保证脉冲上升沿和脉冲下降沿发射的两个电子波包之间有足够大的相位差以确保相消干涉可以发生。对于基态原子来说，一般我们需要在原子稳定化区域去观测动态干涉，这要求XUV光脉冲的强度达到1018W/cm2以上，实验验证的难度很高。此前，姜维超副教授课题组预言了He原子双电离过程中会出现复杂的网格状动态干涉结构[PRL 124, 043203 (2020)]。
图1. He原子体系阿秒联合光场延迟依赖的(a)实验测量，(b) TDSE，(c) SFA光电子谱。
近日，吉林大学原子与分子物理研究所通过阿秒脉冲串光源触发电离过程结合红外飞秒脉冲操控自由电子的方式，设计了一种全新时域精密调控的实验方案首次在实验上测量到了动态干涉所产生的光电子能谱分裂现象。由于阿秒脉冲串与红外飞秒脉冲的强度均比较低，基态氦原子在脉冲结束时的消耗可以忽略不计。在实验过程中，He原子中基态电子的电离势受到红外飞秒脉冲有质动力势的调控，理论和实验均表明，在比较低的红外光强下，我们即可使得红外脉冲下降沿与红外脉冲上升沿发射的电子波包积累足够大的相位差，从而观测到动态干涉谱峰分裂。如图1所示，理论模拟很好地再现了实验中观测到的谱峰分裂。
该实验结果的理论计算与解释工作由深圳大学姜维超副教授研究组和北京大学彭良友教授联合开展。在理论上通过求解含时薛定谔方程（TDSE）与强场近似方法（SFA）验证了实验测量得到的动态干涉谱学响应特征，并且建立了全新的双缝量子分析模型来对脉冲光场电离的动态干涉过程进行解析，证实了脉冲包络引起的电子波包相位变化在该过程中所发挥的重要作用，并对产生动态干涉所需的脉宽和光强等条件进行了定量分析。 实际上，姜维超副教授研究组近年来在动态干涉方面有非常系统的研究，取得多个创新成果[OE 26, 19921 (2018)，PRA 98, 023412 (2018) ; PRA 105, 023104 (2022); PRA 105, 043112 (2022)；PRA 101, 053417 (2020)；JPB 53, 095601 (2020)]。
该成果发表于国际著名学术期刊Physical Review Letters上，于2024年12月16日在线发表，审稿人认为该工作“with the potential of opening a new direction in attosecond science”。吉林大学博士研究生李铭轩、深圳大学硕士研究生谢梦飞为共同第一作者，吉林大学丁大军教授、罗嗣佐教授及北京大学彭良友教授、深圳大学姜维超副教授为共同通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金委的支持。
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.253201
撰稿：姜维超 审核：汪玲
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