我叫宮曉春，我做的跟我們的量子計算稍微有點遠，但是我們這里面也涉及到了很多理論計算，我這面做的主要是叫阿秒電子超快動力學，跟大家常規(guī)認識的時間尺度可能會有點不太一樣。

      我們歸根結底來說叫超快，超快就是現在大部分直觀運動里最快的，我們研究的最終目標是想要在時間上到達最短的極限尺度。

      物質內部電子運動時間是在阿秒時間尺度，所以我這部分研究內容就是想要通過一些方法，去觀測電子怎么運動的，跟周圍光場是如何相互作用。在研究這個過程中也發(fā)展了一些技術，同時也在把他們向外擴展應用。

      我匯報內容主要包含以下三個方面，首先簡要歸納一下，目前超快領域里正在發(fā)展的幾項比較核心關鍵技術。然后再跟大家簡單介紹一下，圍繞阿秒超快，我自己做了哪些研究內容。

      首先，到目前為止，正在發(fā)展的超快技術，根據它的媒介，我這里分類了，比如說超快的驅動閥門或者驅動開關是一個光子，圍繞著光子光源，包括桌面化的 EUV或XUV阿秒光源，實驗室中通過一束激光打到特定材料內，可以釋放出一些時間上特別短的光脈沖，比如阿秒脈沖。這個阿秒是多少呢？是10的-18次方，而飛秒是10的-15次方，皮秒是10的-12次方，仄秒是10的-21次方。這阿秒是在電子的運動尺度，仄秒是原子核內部核元素激發(fā)躍遷相關聯的時間尺度。所以為探究光化學生物信息傳遞，原子分子與光相互作用中電子運動的時候，就可以圍繞阿秒光學去探索。

      除了桌面化的EUV光源或者光子媒介，還有以電子觸發(fā)的，即超快電子束，就是在實驗上產生一些電子，把這些電子進行電磁囚禁加速壓縮，制備成成一個超快電子脈沖。這部分上海有多家單位在這方面有開展布局，做的也很好。上交、清華一直都在做超快電子束的制備，以及用超快電子束去研究一些物質內部超快過程。

       電子束做超快物性測量的最大的特征就是，電子可以直接去跟物質內部的原子核相互作用發(fā)生衍射，有很高的空間分辨率，進一步與激光結合可以開展光激發(fā)時空高分辨研究；把電子和光子兩種媒介都利用起來去探究物質里面的一些特性，前一陣子有一個漂亮的工作，是激光誘導一些物質內部超導特性轉化。

       圍繞著在電子以及桌面化EUV光源，阿秒光源之間還有一個大型的設備，比如說現在李儒新院士他們正在做的一些硬線軟線大科學裝置，XFELs，超強超快激光光源及其驅動的THz。XFELs自由直線電子加速器，可以產生跟桌面化光源類似的在 x射線波段或者基紫外波段的光源，它的特點是光波波長連續(xù)可調諧，光子通量特別高，可以驅動非線性X射線光學，甚至做生物大分子蛋白以及病毒結構相干衍射成像，比如說對一個蛋白質結構進行解析以及結構成像。

       但是XFELs光有個局限性，就是它時間上的抖動以及時間相干性，時間分辨精度相比桌面化光源有較大差距。總體上各有優(yōu)勢。

      為什么我們要去造這么短這么快的光？我們要去在探測很多基礎的物理過程，希望把實驗探測手段推到極致，在最短的時間最小的空間里去探索一些極端的物理現象。

      目前我是圍繞著第一項，基于阿秒光源做一些研究。桌面化的阿秒光，它的產生過程，其實很簡單，就是把一束非常強的光聚焦到一個媒介中，在這個過程中會產生一些高階非線性效應。不僅僅是二階、三階，而是數百階的高次諧波的產生。在這個過程中，你可以去想象，它出來的光子是原來入射光子的數百倍，原來如果只有1.5個電子伏特進去，出來100倍的話就150個電子伏特，

       你可以算一下它的波長就在幾個納米。比如說我們當下緊缺的13.5納米，如果說是要產生13.5納米，其實就是這樣一個過程。當然光刻機里面用的13.5納米是一個時域非相干光源，它需要的是空間上相干性。但是我們這里，因為它是從由一束激光在這里發(fā)生一個相干輻射過程，所以輻射的極紫外光源它具有空間相關性，也有時間相關性，它既可以做時間相干性研究，也可以做很多結構成像研究，例如超快相干衍射成像，生物分子結構層析，半導體芯片結構檢測。為現在在整個半導體行業(yè)世界水平上，加工工藝是超過檢測工藝的。

      阿秒科學是在這過去20年發(fā)展出來的一個新的方向。激光輻照原子分子時，從一個原子或者分子內部可以輻射出電子，比如說紅色的部分電子發(fā)生了隧穿電離，在光場的驅動下與原子和分子發(fā)生重碰撞，退激發(fā)輻射出極紫外X射線光。

      物質的電離過程中，比如說在隧穿電離以及在光場中的傳播，它攜帶了這些物質原始的結構信息，所以高次諧波光譜就可以用來探究物質結構對稱性、電子軌道成像等。當下高次諧波光譜主要推廣到固體材料領域，用來探測低維材料，拓撲絕緣體以及其他常規(guī)半導體材料的能帶，電子關聯、電聲耦合以及貝利曲率曲率等等。

      基于這些物理過程，可以做各種各樣的極紫外光源，除了產生 x射線光源，還可以在任意波段從五六個電子伏特調到五百個電子伏特，甚至keV，也就是從一納米可以調到200納米，根據實際研究需求去拓展。這個過程中對前端驅動激光有很大的依賴性，產生5個電子福特的光，一個比較簡單的激光器就可以。

       如果是一個keV光源，就需要非常昂貴的中外光源，可以直接應用于生物成像，去研究光輻射損傷、DNA損傷、DNA突變、等等一些非常核心的生物物理問題。那么有了這樣一個阿秒光源，除了光譜之外，它還可以從電子譜上你可以把它看成一個示波器，那么它的時間軸是飛秒量級，但是時間分辨率是阿秒的。平時拿個示波器，可以看看元器件里面的納秒光電響應，用阿秒新方法，就可以把物質內部電子的運動測量出來，相當于建立一個新的顯微鏡，可以把物原子分子凝聚態(tài)體系的一個電子用這樣一個顯微鏡給量出來。

     圍繞著阿秒光在原子分子阿秒超快電子動力學測量方面，我們發(fā)展了原子阿秒分波干涉儀，突破常規(guī)上對光電子測量是所有分波相干疊加的局限，可以使光電子測量回歸到每一個分波的測量層面。進一步針對電子末態(tài)，由不同的路徑過來，經過雙縫或者說是多路徑干涉，我們在這邊發(fā)展的一些方法，能夠去分辨這些多路徑電子的分波干涉。以及在強激光場里面的構建阿秒時鐘去探測隧穿電離過程。

     在分子體系，我們在分子內部觀測電子隧穿不對稱性，發(fā)展分子坐標系觀測方法，以分子內部原子核為參考點，觀測分子里面的電子電離的時間快慢，也就是說分子內部電子在出去的時候，沿不同方向電離的時候，實際上時間是不一樣的，這與分子構型、勢場分布有很大關系。

     同時我們還在團簇體系發(fā)展了阿秒團簇尺寸分辨光譜技術，填補從原子分子到凝聚態(tài)體系阿秒電子測量的空白。

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