一个强烈的激光脉冲(红色部分)撞击水分子流，引起液体中电子的超快动力学。图片来源:Joerg M. Harms / MPSD

科学家们利用强激光场成功探测了液体中的电子行为，揭示了一种独特的高谐波nic频谱。他们的研究确定了光子能量限制的一个关键因素，并引入了一种新的光谱工具来研究液体中的电子动力学。

来自德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所(MPSD)和瑞士苏黎世联邦理工学院的一个国际研究小组现在已经证明，利用强激光场探测液体中的电子动力学是可能的。此外，他们还获得了电子的平均自由程——电子在与另一个粒子碰撞之前可以移动的平均距离。他们发现，液体发出特定光谱的机制，即所谓的高谐波光谱，与气体和固体等物质的其他相明显不同。该团队的发现为深入了解液体中的超快动力学打开了大门。

High-Harmonic生成技术

利用强激光场产生高能光子，被称为高谐波产生(HHG)，是一种广泛应用于许多不同科学领域的常规技术。例如，它被用于探测材料中的电子运动和及时跟踪化学反应。HHG在气体和最近的晶体中得到了广泛的研究，但迄今为止，人们对液体中的这种现象知之甚少。

液体中HHG的新发现

现在，瑞士-德国研究小组在《自然物理学》杂志上报告了他们如何展示液体在强激光照射下的独特行为。到目前为止，人们对液体中的这些光诱导过程几乎一无所知——这与最近关于固体在辐射下的行为的科学进展形成鲜明对比。因此，苏黎世联邦理工学院的实验团队开发了一种独特的装置，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，即液体中通过HHG获得的最大光子能量与激光的波长无关。那么是哪个因素导致了这个上限呢?

理解HHG的能量天花板

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。

“电子在与另一个粒子碰撞之前在液体中移动的距离是施加光子能量上限的关键因素，”MPSD研究员Nicolas tancone - dejean说，他是这项研究的合著者。

“我们能够从实验数据中检索到这个数量，即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，该模型可以解释电子的散射。”

HHG在电子动力学中的意义

通过将实验和理论结果结合起来研究液体中的HHG，科学家们不仅确定了决定最大光能的关键因素，而且还进行了第一次液体中高谐波光谱的实验。在本研究实验探索的低动能区域，电子的有效平均自由程很难测量。

因此，苏黎世ETZ / MPSD团队的工作将HHG确立为研究液体的新光谱工具，因此是了解液体中电子动力学的重要垫脚石。

有关这项研究的更多信息，请参见强激光照亮液体的电子动力学。

参考文献:Angana Mondal, Ofer Neufeld, Zhong Yin, Zahra Nourbakhsh, Vít Svoboda, Angel Rubio, Nicolas tancone - dejean和Hans Jakob的“液体中低能电子散射动力学的高谐波光谱”W?rner, 2023年9月28日，Nature Physics。DOI: 10.1038 / s41567 - 023 - 02214 - 0