來自漢堡馬克斯普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動力學(xué)研究所(MPSD)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一個國際研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)證明，有可能使用強激光場探測液體中的電子動力學(xué)，并檢索電子平均自由程——電子在與另一個粒子相撞之前可以行進的平均距離。 他們發(fā)現(xiàn)，液體發(fā)出稱為高諧波光譜的特定光譜的機制與氣體和固體等物質(zhì)其他相中的機制明顯不同。該團隊的研究結(jié)果為更深入地了解液體中的超快動力學(xué)打開了大門。

使用強激光場產(chǎn)生高能光子，被稱為高諧波產(chǎn)生(HHG)，是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)，通常部署在許多不同的科學(xué)領(lǐng)域，例如探測材料中的電子運動，或及時跟蹤化學(xué)反應(yīng)。HHG在氣體中被廣泛研究，最近在晶體中也進行了廣泛研究，但到目前為止，對液體中的這種現(xiàn)象的了解要少得多。

強激光場可以探測液體中的電子動力學(xué)，并檢索電子平均自由程，這是液體中電子運動的機制?，F(xiàn)在，瑞士和德國的研究小組在《自然·物理》雜志上報告了他們是如何證明液體在強激光照射下的獨特行為的。 到目前為止，幾乎對這些液體中的光誘導(dǎo)過程一無所知——與最近關(guān)于固體在輻射下如何表現(xiàn)的科學(xué)進展形成了鮮明的對比。

一束強烈的激光脈沖(紅色部分)撞擊水分子流，引起液體中電子的超快動力學(xué)。 因此，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的實驗小組開發(fā)了一種獨特的儀器，專門研究液體與強激光的相互作用。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種獨特的行為，即通過HHG在液體中獲得的最大光子能量與激光的波長無關(guān)。那么，是什么因素導(dǎo)致了這個上限呢？ 這就是MPSD理論小組著手解決的問題。至關(guān)重要的是，漢堡的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系。

MPSD研究員、該研究的合著者Nicolas Tancogne-Dejean說：“電子在與另一個粒子相撞之前在液體中可以行進的距離是限制光子能量的關(guān)鍵因素。我們能夠從實驗數(shù)據(jù)中提取這個量——被稱為有效電子平均自由程——這要歸功于一個專門開發(fā)的分析模型，該模型考慮了電子的散射?！?/p>

通過結(jié)合他們在液體中研究HHG的實驗和理論結(jié)果，科學(xué)家們不僅準(zhǔn)確地確定了決定最大光能的關(guān)鍵因素，而且還進行了液體中第一次高諧波光譜實驗。在低動能下，即本研究中實驗探測的區(qū)域，電子的有效平均自由程非常難以測量。 因此，蘇黎世ETZ / MPSD團隊的工作將HHG作為研究液體的一種新的光譜學(xué)工具，因此是了解液體中電子動力學(xué)的重要墊腳石。

審核編輯：劉清