Kürzlich hat das Forschungsteam von Xiao-Jun Liu am Institute of Precision Measurement (IPM) wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Attosekundenphysik gemacht. Das Team schlug ein neues Schema namens „Polarisationsgate Attosekunde“ vor, das die ultraschnelle Erkennung der Elektronenkorrelationsdynamik bei starker lasergetriebener Atomionisation ermöglicht. Die Ergebnisse wurden in Physical Review Letters, einer führenden Physikzeitschrift, veröffentlicht und als Editors‘ Suggestion ausgewählt.
Die Aufklärung der Gesetze der Elektronendynamik in Materie auf der Attosekunden-Zeitskala ist eine wichtige physikalische Grundlage für das Erkennen und Verstehen der vielen ultraschnellen photophysikalischen und photochemischen Prozesse in der Natur. Aus diesem Grund wurde der Nobelpreis für Physik 2023 an drei Wissenschaftler verliehen, die herausragende Beiträge zur Forschung auf dem Gebiet der Attosekundenphysik geleistet haben. Unter den vielen spektroskopischen Techniken für Attosekundenmessungen bietet die Attosekunden-Angular-Streak-Technik (auch als „Attosekunde“ bekannt) aufgrund ihrer selbstreferenzierenden Eigenschaft eine einzigartige Möglichkeit, elektronische dynamische Attosekundenprozesse zu untersuchen – eine Attosekunden-Zeitauflösung kann durch die Verwendung von Femtosekunden-Laserpulsen ohne die Verwendung von Attosekunden-Lichtpulsen erreicht werden. Die „Attosekunde“ bietet eine einzigartige Möglichkeit, tief in die Dynamik elektronischer Attosekundenprozesse einzudringen. Die „Attosekunden“-Technik wurde erfolgreich zur Messung der Elektronentunnelzeit in starken Feldern, der Zeitverzögerung der Zwei-Elektronen-Ionisation bei sequentieller Doppelionisation usw. eingesetzt. Aufgrund der verwendeten elliptisch polarisierten optischen Impulse kann die traditionelle „Attosekunden“-Technik jedoch nicht direkt auf komplexere physikalische Prozesse wie die Elektron-Elektron-Korrelation und andere komplexere physikalische Prozesse angewendet werden.
Um dieses Problem zu lösen, hat das Forschungsteam von Xiaojun Liu ein „Attosekunden“-Schema auf Basis von „Polarisationsgate“-Laserpulsen vorgeschlagen und es erfolgreich auf die Echtzeiterkennung der Elektron-Elektron-Korrelationsdynamik bei atomaren Doppelionisationsprozessen in starken Feldern angewendet. Echtzeiterkennung der Elektron-Elektron-Korrelationsdynamik bei atomaren Doppelionisationsprozessen in starken Feldern. Auf Grundlage des zuvor etablierten und entwickelten trägerhüllenden phasenstabilisierten Femtosekundenlasersystems hat das Forschungsteam erfolgreich „Polarisationsgate“-ultrakurze optische Pulse synthetisiert, indem es die Zeitverzögerung und die Trägerhüllenphase zweier Strahlen links- und rechtsdrehender zirkular polarisierter Femtosekundenlaserpulse präzise gesteuert hat, wodurch die elliptische Polarisation der Laserpulse mit Attosekundengenauigkeit und präziser Steuerung realisiert wurde. Der elliptische Polarisationszustand der Laserpulse ist mit Attosekundengenauigkeit präzise steuerbar. Im Vergleich zu dem einzelnen elliptisch polarisierten optischen Impuls, der üblicherweise in der vorherigen Attosekundentechnologie verwendet wurde, kann der ultrakurze Impuls des „Polarisationsgates“ nicht nur den Elektronenkorrelationszustand effektiv vorbereiten und die Elektronenkorrelationsemission im Polarisationsbereich nahe seiner Mitte antreiben, sondern behält auch die Eigenschaft der hochpräzisen Abtastung der Elektronenemissionszeit in Attosekunden-Winkelstreifen bei. Das Forschungsteam verwendete ein Argonatom-Starkfeld, um die Elektronenemissionszeit abzutasten. Das Forschungsteam hat die „Polarisationsgate-Attosekunden“-Technik erfolgreich demonstriert, indem es den korrelierten Elektronenemissionszeitunterschied zwischen den doppelt angeregten Zuständen untersuchte, die durch den Starkfeld-Doppelionisationsprozess von Argonatomen erzeugt wurden. Die Untersuchung zeigt, dass die Ionisierung zweier verbundener Elektronen im doppelt angeregten Zustand hauptsächlich über zwei verschiedene Kanäle erfolgt, und die „Polarisationsgate-Attosekunden“-Technik misst den Ionisierungszeitunterschied zwischen den beiden verbundenen Elektronen, die den verschiedenen Kanälen entsprechen, genau, nämlich 234 (±22) Arsec bzw. 1043 (±73) Arsec.
