PRL |光学与量子信息研究所:库仑聚焦电子动力学相位的精密测量
光电效应描绘了光与物质在微扰区的相互作用,但在强激光场中,外加光场与原子核的库仑势场强度相当,此时电子可直接隧穿至连续态。此后,隧穿电子会持续感受到母核库仑势的作用。如何精确测量库仑势引起的相位变化是研究光电子动力学中面临的关键难题之一。
近日,浙江大学林康课题组与德国马普所梁昊博士和法兰克福大学Reinhard Dörner课题组合作,利用飞秒驻波泵浦-探测技术,搭建了超快卡皮查-狄拉克干涉仪,在远大于光电子产生的时间和空间尺度上,对电子在库仑势场中运动所累积的动力学相位进行了精密测量。
实验上,先用一束较强的飞秒驻波电离氙原子,待电子波包在库仑势场中演化一段时间后,再用第二束较弱的飞秒驻波来衍射电子。由于超快卡皮查-狄拉克效应,在第二束驻波中被散射的电子波包会与直接电子波包发生干涉,在动量空间形成条纹。与自由电子相比,低能电子受到库仑势的减速效果更显著,反映在其干涉条纹中出现了“类染色体”结构(图1)。

对自由电子而言,其动力学相位只含有能量项;而对库仑聚焦电子,其作用量中的位置-动量分量∫-r·dp引入额外相位。理论上,研究团队根据测得的电子波包的末态动量分布重构出电子的轨迹和相位信息,与实验结果符合得很好。图2(e)中库仑聚焦电子和自由电子的相位对比,直接体现出了前者因库仑势作用而导致的干涉峰值位置提前。该工作展示了如何将超快卡皮查-狄拉克效应应用于精密测量物质波的动力学相位演化,后续研究可推广至分子以及手性库仑势场中的相位测量。

相关成果于2026年3月11日以“Dynamical phase evolution of Coulomb-focused electrons in strong-field ionization probed by a standing light wave” 为题,发表在《Physical Review Letters》上。浙江大学博士生顾远、德国马普所梁昊博士为共同第一作者,浙江大学林康研究员为通讯作者。其他作者包括浙江大学物理学院学生郑蔚然、林奡璠、张嘉业、杜娟和李梓辰博士,浙江大学应磊研究员,上海交通大学何沛伦副教授,德国马普所Jan-Michael Rost教授和Till Jahnke教授,法兰克福大学的Sina Jacob、Maksim Kunitski, Sebastian Eckart和Reinhard Dörner教授。该研究工作得到了中央高校基本科研业务专项资金、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江大学启动资金的支持。


