使用强激光场探测液体中的电子动力学

 

来自汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所(MPSD)和苏黎世联邦理工学院的一个国际研究团队现在已经证明，有可能使用强激光场探测液体中的电子动力学，并检索电子平均自由程——电子在与另一个粒子相撞之前可以行进的平均距离。  他们发现，液体发出称为高谐波光谱的特定光谱的机制与气体和固体等物质其他相中的机制明显不同。该团队的研究结果为更深入地了解液体中的超快动力学打开了大门。 

使用强激光场产生高能光子，被称为高谐波产生(HHG)，是一种广泛应用的技术，通常部署在许多不同的科学领域，例如探测材料中的电子运动，或及时跟踪化学反应。HHG在气体中被广泛研究，最近在晶体中也进行了广泛研究，但到目前为止，对液体中的这种现象的了解要少得多。

强激光场可以探测液体中的电子动力学，并检索电子平均自由程，这是液体中电子运动的机制。现在，瑞士和德国的研究小组在《自然·物理》杂志上报告了他们是如何证明液体在强激光照射下的独特行为的。 到目前为止，几乎对这些液体中的光诱导过程一无所知——与最近关于固体在辐射下如何表现的科学进展形成了鲜明的对比。  

 

一束强烈的激光脉冲(红色部分)撞击水分子流，引起液体中电子的超快动力学。  因此，苏黎世联邦理工学院的实验小组开发了一种独特的仪器，专门研究液体与强激光的相互作用。研究人员发现了一种独特的行为，即通过HHG在液体中获得的最大光子能量与激光的波长无关。那么，是什么因素导致了这个上限呢？ 这就是MPSD理论小组着手解决的问题。至关重要的是，汉堡的研究人员发现了一种迄今为止尚未发现的联系。  

MPSD研究员、该研究的合著者Nicolas Tancogne-Dejean说：“电子在与另一个粒子相撞之前在液体中可以行进的距离是限制光子能量的关键因素。我们能够从实验数据中提取这个量——被称为有效电子平均自由程——这要归功于一个专门开发的分析模型，该模型考虑了电子的散射。” 

通过结合他们在液体中研究HHG的实验和理论结果，科学家们不仅准确地确定了决定最大光能的关键因素，而且还进行了液体中第一次高谐波光谱实验。在低动能下，即本研究中实验探测的区域，电子的有效平均自由程非常难以测量。     因此，苏黎世ETZ / MPSD团队的工作将HHG作为研究液体的一种新的光谱学工具，因此是了解液体中电子动力学的重要垫脚石。   

 

审核编辑：刘清