电子发射超快动力学测量原理研究获进展

电子的超快动力学过程，印刻了非平衡态行为与微观能量转移的完整演化信息，是理解光与物质在极端时空尺度下相互作用的微观钥匙。为解读这一时空编码，泵浦—探测方法所衍生的阿秒条纹谱、RABBITT等技术，已成为解析原子分子中电子运动的关键工具。然而原理上，泵浦—探测过程这一间接测量的属性需依赖外部时序参考，且其物理根源在于强场发射过程中的能谱混叠现象，这导致发射时刻信息被掩盖于能谱之中，难以建立直接的能量—时间映射关系。因此，亟需构建能量与发射时刻之间的直接映射方法。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队在电子发射超快动力学测量原理方面取得进展。研究团队提出并实验验证了一种无需泵浦—探测的直接时间重建方法，可从电子能谱中直接提取出亚周期尺度的电子发射时序信息。

    该方法通过构建时域波形不对称性的驱动场与空间非均匀性的近场环境，打破传统能谱混叠的物理条件，从而建立起电子动能与发射时刻之间的映射关系。实验中，团队利用载波包络相位稳定的单周期太赫兹脉冲驱动石墨针尖，并借助波形不对称性与纳米近场梯度的协同作用，有效抑制了导致混叠的电子再散射过程。基于这一物理映射，研究实现了从电子能谱中直接提取时间信息，并重构出73.0飞秒至81.0飞秒的电子脉冲轮廓，这与场发射理论高度吻合。通过翻转太赫兹脉冲的载波包络相位，实验进一步揭示了独特的相位依赖电子能谱，并观测到低能峰锚定现象。同时，相位分辨模拟显示出72.8%的截止能量调制深度和99.7%的电流抑制能力，展现了对电子发射过程的精密调控能力。

这一研究构建了新的无需泵浦探测，即可直接重构亚周期电子发射时序信息的普适性测量原理，对强场超快电子动力学测量方法具有重要意义，并对发展下一代超快电子源与光波电子器件具有重要推动价值。

相关研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院等的支持。

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太赫兹驱动电子飞秒动力学与脉宽重构示意图