“當(dāng)人們能夠進一步觀察或控制電子的運動時，就會逐漸發(fā)現(xiàn)人們正在慢慢地嘗試開啟一個阿秒化學(xué)時代。” 華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室研究員龔曉春近日在接受專訪時透露。
龔曉春介紹了華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室的阿秒簇符合測量系統(tǒng)。
今年8月，龔曉春入選“上海市科技青年35領(lǐng)軍計劃”獲獎名單，表彰他構(gòu)建的全球首個阿秒團簇符合測量系統(tǒng)、阿秒團簇尺寸分辨率譜的創(chuàng)新提出、并填補了從孤立原子到空白的空白，用于精確測量從分子到復(fù)雜凝聚態(tài)物質(zhì)的電子阿秒動力學(xué)。
填補阿秒動力學(xué)精密測量的空白
阿秒符合測量光譜是阿秒超快光學(xué)領(lǐng)域最先進的計量學(xué)之一。 阿秒光脈沖自提出以來，在原子、分子乃至凝聚態(tài)物質(zhì)基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域掀起了一場超快革命。 測量革命。
2001年，奧地利維也納技術(shù)大學(xué) Krauz教授領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組首次獲得了脈沖寬度為650阿秒的激光器。 此后，阿秒激光脈寬記錄不斷被刷新。 2017年11月，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）宣布成功將X射線激光脈沖持續(xù)時間縮短至43阿秒，創(chuàng)下最短激光脈沖持續(xù)時間的世界紀錄。
阿秒光源拓展了人們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)從分子到原子內(nèi)部的視野。 有望利用高速攝影以“慢動作”再現(xiàn)物質(zhì)內(nèi)部原子尺度上電子運動的物理圖像，使人類能夠以分辨能力揭示電子動態(tài)特性，提供新的研究方法和重要的創(chuàng)新機會為物理、化學(xué)、生物、材料、信息等領(lǐng)域的發(fā)展。
宮曉春，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室研究員
龔曉春介紹，電子就像化學(xué)反應(yīng)或生命活動中的觸手，可以傳遞或傳遞信息能量。 “在化學(xué)反應(yīng)或生命活動中，電子接觸后首先與不同的物質(zhì)發(fā)生相互作用。同樣，光與物質(zhì)相互作用時，首先與物質(zhì)內(nèi)部的電子發(fā)生相互作用，然后傳遞各種信息。”水環(huán)境中DNA的序列或基本單位受到強光或高能輻射的照射，首先被破壞的是DNA還是水？ 初步研究證明，水首先被電離，水釋放出低能電子，與其他堿基共振，實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，破壞氫鍵網(wǎng)絡(luò)，甚至破壞周圍的堿基單元。
傳統(tǒng)觀念認為電子的電離過程是瞬時的，但隨著阿秒光脈沖技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)這個過程并不是瞬時的。 電子穿過原子或分子的電場需要幾阿秒甚至幾百阿秒。 。
團簇是原子、分子和宏觀固體物質(zhì)之間新層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。 它是各種物質(zhì)從原子、分子到塊體物質(zhì)的過渡態(tài)。 “以往研究的瓶頸在于，研究人員主要利用紅外、拉曼、太赫茲等光譜方法來觀察團簇中原子核的結(jié)構(gòu)和運動。時間分辨光電子能譜有很大的局限性。” 而龔曉春在阿塞拜疆秒測量光譜方面，設(shè)計并建造了世界上第一個阿秒簇符合測量系統(tǒng)。 通過阿秒團簇尺寸分辨率光譜，研究人員可以在單分子空間尺度和阿秒時間尺度水平上精確測量不同尺寸的水團簇。 在團簇光電離的瞬間，電子與母體空穴的空間離域相互作用揭示了水團簇體系結(jié)構(gòu)的對稱性、無序性與電子局域離域演化之間相互作用的阿秒超快測量。
阿秒度量光譜有望引領(lǐng)阿秒光學(xué)和極強場光物理中新現(xiàn)象和自然規(guī)律的進一步探索，并實現(xiàn)復(fù)雜凝聚態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)和超快電子動力學(xué)的精確測量和控制。 “我們還在不斷優(yōu)化和改造先進的極紫外阿秒光源和超高時間分辨率泵浦探測延遲線。基于這個高分辨率探測時鐘，我們可以進一步探索超導(dǎo)體、拓撲絕緣體等特殊物理系統(tǒng)的內(nèi)部“復(fù)雜的電子動力學(xué)過程。”龔曉春說。
打破國外同行的刻板印象
從中國海洋大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)時，龔曉春根本不知道什么是科學(xué)研究，只對超快光學(xué)感興趣。 2012年，他在華師大讀書時，他選定的博士生導(dǎo)師吳健教授剛剛回國，正準備成立實驗室。 龔曉春跟隨導(dǎo)師研究電子離子符合測量。 從一開始，他只是簡單地接受知識，“撿起一堆“寶””，掌握它，成為阿秒儀器系統(tǒng)的設(shè)計者。
2017年博士畢業(yè)后，龔曉春獲得了留校學(xué)習(xí)阿秒超快光學(xué)的資格，但他覺得工作有點困難，還需要學(xué)習(xí)新知識。 2018年訪問蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院物理化學(xué)系。 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院物理化學(xué)實驗室的 HJ Wrner 教授擅長阿秒光譜測量。 龔曉春博士期間研究電子-離子符合測量。 雙方優(yōu)勢互補，探索了新的研究：阿秒符合測量技術(shù)。
合作的第一步是共建實驗室。 龔曉春需要開發(fā)阿秒簇符合測量系統(tǒng)。 這期間，龔曉春每天就是在實驗室里度過，埋頭苦干。 “建設(shè)實驗室不僅可以充分發(fā)揮我之前所學(xué)的知識，同時也是學(xué)習(xí)和發(fā)展新技能的最佳時機。” 結(jié)果，龔曉春“火力全開”，系統(tǒng)不到一年就設(shè)計完成，當(dāng)他看到水團簇、測量阿秒電子過程時，實驗室的博士生和工程技術(shù)人員都難以置信。
那年圣誕節(jié)過后，當(dāng)宮曉春準備離開蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院時，實驗室的電子工程師對他說：“一開始我以為你會像以前這個實驗室的大多數(shù)人一樣，但沒想到你。 ” 實驗室已經(jīng)成立了，儀器也做出了非常漂亮的結(jié)果。”對方承諾，以后只要龔曉春有需要，他都會全力支持。
2019年宮曉春回國后，這套阿秒團簇符合測量系統(tǒng)仍在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院實驗室穩(wěn)定運行，可供國內(nèi)外研究人員和新生進行實驗、測量數(shù)據(jù)，開展阿秒超快光子學(xué)研究。 研究共同推動阿秒超快光學(xué)的發(fā)展。
創(chuàng)新不能在規(guī)則之內(nèi)起舞
從蘇黎世回國后，龔曉春在華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室對阿秒星團符合測量系統(tǒng)進行了深入優(yōu)化升級。 當(dāng)被問及阿秒測量光譜領(lǐng)域的成就是偶然還是必然時，他回答說：在研究中，必須不斷思考和創(chuàng)新。 “找到主線之后，你就知道該怎么做了。” ”。
龔曉春在讀博士時研究的是電子測量，觀察原子核的運動。 “當(dāng)時還沒有阿秒脈沖方法，我們也不知道電子譜的時頻特性及其背后的物理機制。 盡管我們知道電子以阿秒的方式運動，但我們對此知之甚少。 “在阿秒光電離的研究過程中精密測量物理專業(yè)學(xué)什么，他一直想了解電子的干涉機制，直到博士畢業(yè)前夕，他才找到了突破。”在不斷的數(shù)據(jù)分析、不斷思考的過程中，也出現(xiàn)了一些問題。 攻讀博士期間，知識強度高，龔曉春學(xué)得很快，在《物理評論快報》上發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文，并獲得實驗室、學(xué)校、光學(xué)學(xué)會的獎勵和資助。這幾年學(xué)術(shù)論文發(fā)表，他并沒有浪費時間，而是不斷打磨自己，補充學(xué)習(xí)實驗和理論方面的不足。
在蘇黎世做博士后期間，他覺得僅僅跟隨別人的工作沒有多大意義，必須創(chuàng)新，于是他著手設(shè)計和構(gòu)建阿秒星團重合測量系統(tǒng)。 當(dāng)他回國重建時，他認為必須有進一步的突破，探索孤立阿秒脈沖等先進科學(xué)技術(shù)，研究更復(fù)雜、更困難的科學(xué)問題。
龔曉春表示，基礎(chǔ)研究需要靈活的思維和廣闊的視野。 “你不能在規(guī)則之內(nèi)起舞。你不能通過遵循規(guī)則來創(chuàng)新，但你又不能毫無界限，因為研究會誤入歧途。”
憑借靈活的思維和自信，以及明確的科研目標和科學(xué)品味，“當(dāng)你有足夠的能力去做這件事時，最終的狀態(tài)會非常有創(chuàng)意。” 他還說，科學(xué)不取決于個人意志。 科學(xué)研究必須以科學(xué)的態(tài)度對待科學(xué)問題，要有誠信。
目前，龔曉春正在研制基于阿秒簇符合測量系統(tǒng)的原子分裂波干涉儀。 他正在開發(fā)一種原子分裂波干涉方法精密測量物理專業(yè)學(xué)什么，以區(qū)分每個電子的成分，并觀察原子狀態(tài)下每個成分的光電離過程。 時頻特性和相關(guān)性。 他希望有更多的機會探索先進科學(xué)儀器設(shè)計的新思路，實現(xiàn)超快物理研究的新突破，挑戰(zhàn)超快物理測量的極限及其在阿秒超快科學(xué)領(lǐng)域的拓展和應(yīng)用。 在超短時間尺度和超高空間分辨率尺度上，展示光與物質(zhì)相互作用過程中微觀量子物理世界的非平衡動力學(xué)，尋求物性測量與控制的極限。 同時，不斷凝練核心關(guān)鍵技術(shù)，形成標準化、模塊化的科學(xué)儀器，拓展多學(xué)科交叉融合的趨勢。
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