多光子共振激发 诱导里德堡态的普适机制

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里德堡态是指原子或分子中的电子被激发到高能轨道的状态。科学家们发现里德堡原子或分子具有一些独特的性质:它们对磁场或碰撞等外部影响极其敏感，并能很容易地与微波辐射相互作用，因此它将参与光学物理和其他领域的各种实验。

最近，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授的团队在超快激光诱导里德堡激发领域取得了重要进展。他们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-核相关能谱技术，揭示了多光子共振激发是强激光诱导里德堡态的普遍机制。研究结果发表在最新一期的《自然与中东》杂志上。时事通讯。”

高激发态中性里德堡原子的混淆

在超快强激光的作用下，原子或分子中的束缚电子将从光场中吸收光子能量并电离。根据不同的激光强度，电子的超快电离可以理解为多光子电离或量子隧穿机制。近年来，研究人员发现，在强激光场的作用下，电子有一定的几率在没有电离的情况下被束缚在里德堡态，形成稳定的中性里德堡原子分子。

强激光诱导里德堡激发作为产生里德堡原子和分子的重要手段之一，在中性原子加速、近阈值谐波产生、低能光电子光谱结构产生和多光子拉比振荡等强场物理现象中有着重要的应用。经过不断的科学探索，研究者提出强激光诱导里德堡态激发的物理机制类似于原子和分子电离，可以用多光子共振激发或受抑量子隧穿图像来解释。

团队成员告诉《科技日报》记者，2017年初，他们发现由强激光场产生的中性里德堡原子可以像带电粒子一样被探测到。然而，分析数据表明，中性里德堡原子的核能谱中存在一个奇异的尖峰结构，这与以往研究的预测结果有很大的不同。

此后很长一段时间，研究团队不断提高测量精度和分辨率，测试不同物理条件下里德堡态的激发过程，希望了解里德堡态激发背后真正普遍的物理机制。经过多次实验和反复讨论，吴健教授的团队最终发现，当考虑电子和原子核时，所有的问题都解决了。

电子核相关效应激发的新通道

基于先前开发的中性里德堡原子探测技术，吴健教授的团队提出通过飞秒强紫外激光脉冲与氢分子之间的相互作用来探索强激光诱导的里德堡态的激发过程。实验揭示了多光子共振激发是强激光诱导产生里德堡态的普遍机制。

实验结果表明，里德堡态多光子共振激发的核间距小于共振增强电离激发的核间距。此外，由于斯塔克位移效应的影响，里德堡共振激发发生的原子核之间的距离随着激光强度的增加而增加。这种变化将影响电子和离解核之间的分布比，从而导致里德堡原子的能谱结构随光强而变化。当光强达到一定强度时，氢分子双电离通道和里德堡原子激发通道离解核的能谱变得非常相似。

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的普遍机制，也可以解释受抑隧穿电离理论的预测结果。本研究揭示了分子内电子-核关联效应在里德堡原子产生中的重要性，极大地加深了我们对强激光诱导里德堡态激发的基本物理行为的理解，为强场中里德堡原子激发的相干控制提供了新的方法和新思路。