华东师大揭示强激光里德堡态激发的普适机制

华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健团队与上海交通大学研究员何峰合作，利用飞秒强激光与分子相互作用产生里德堡原子，并结合电子-原子核关联能谱技术，揭示了多光子共振激发是强激光诱导里德堡态产生的普适机制。相关研究结果近日发表于《自然—通讯》。

近年来，研究人员发现，在强激光场作用下，电子有一定的概率不被电离而被囚禁在里德堡态，形成稳定的中性里德堡原子分子。中性里德堡原子分子在精密光谱与精密测量、量子非线性光学、非平衡量子多体动力学、量子计算与量子信息等交叉研究前沿中有许多重要的应用。

氢气分子作为最简单的两电子中性分子系统，在揭示分子基本动力学过程方面扮演了十分重要的角色。吴健团队利用紫外飞秒强激光脉冲与氢气分子相互作用，开展强激光诱导里德堡态激发过程的实验探索。通过符合探测光电离解离产生的离子H+、中性里德堡原子H*和自由电子，并结合电子-原子核关联能谱技术，实验揭示了多光子共振激发为强激光诱导里德堡态产生的普适机制。

该论文第一作者张文斌介绍说，利用电子-核关联能量谱，强激光场作用下氢气分子双电离通道和里德堡原子激发通道均可用三步过程很好的描述。实验结果显示，里德堡态多光子共振激发时的核间距要小于发生共振增强电离时的核间距。由于斯塔克位移效应的影响，发生里德堡态共振激发处的核间距大小随着激光强度的增加而变大。这一变化将影响电子与解离原子核之间的能量分配，从而引起里德堡原子的能谱结构随光强的变化。当光强达到一定强度时，氢气分子双电离通道和里德堡原子激发通道的解离原子核能谱变得非常相似。

“这一现象表明，多光子共振激发机制作为强激光诱导里德堡态产生的普适机制，同样可以很好的解释受挫量子隧穿电离理论的预测结果。”吴健表示，该项研究揭示了分子内电子-核关联效应在里德堡原子产生的过程中的重要性，极大深化了人们对强激光诱导里德堡态激发这一基本物理行为的认识，为强场里德堡原子分子激发的相干调控提供了新方法和新思路。