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随着人类对世界认识的越发深入,生物、化学、材料、医学等不同领域都产生了量子级观察的实验需求。高次谐波具有超高空间分辨率和时间分辨率,是直接观察分子、原子、电子运动的最有力的工具之一。 为了深入了解这一科学难题,上海交通大学致远学院2015级物理学方向本科生胡晨曦与杨宇宁于2017年申请加入了“致远学者研究计划”,在顾问导师、物理与天文学院教授何峰的指导下,以“H2电离-解离过程中电子和原子核共享光子能量的机制”为题,开展相关科学研究工作。本项目利用数值模拟含时薛定谔方程的方法研究在阿秒和飞秒激光脉冲作用下H2分子的电离和解离,聚焦于H2分子的直接电离和间接电离过程中光子能量在电子和原子核之间共享的问题。组内的两位同学互相合作,各有分工。胡晨曦主要负责研究强场激光与原子分子相互作用的核电子关联能谱,而杨宇宁负责的研究工作是利用强激光和氢分子离子及其同位素分子相互作用,数值模拟计算了原子核质量对产生高次谐波的影响。

在氢分子离子及其同位素分子中,由于原子核质量的不同,分子键的振动也会不同。这种细微差别反映在强激光作用下的高次谐波的信号上。同时,从高次谐波的信息可以提取分子内原子核在阿秒的时间尺度、0.1埃的空间尺度上的运动行为。杨宇宁在H2+分子离子产生高次谐波程序的编写中考虑到高次谐波拥有超高的空间和时间分辨率,推测不对称的同位素分子离子HT+中核的运动的不同机理应能由探测到的高次谐波反映出来,并对此设想进行了一系列验证。经过国际上相关文章的调研和一系列的数值模拟研究后,杨宇宁成功提取到了HT+中高次谐波信号反应的同位素原子核振动的不同,并以第一作者的身份将此项研究成果发表于SCI权威期刊Physical Review A。

该项目顾问导师何峰教授长期从事超快激光物理以及量子相干控制的理论和数值模拟研究。至今,已在Physical Review Letters等国际顶尖学术期刊发表多篇学术论文,曾先后获得国家和省部级荣誉称号:霍英东青年教师基金(2010),上海市浦江人才(2011),国家自然科学基金优秀青年基金(2013),上海市曙光学者(2017),国家重点研发计划项目负责人(2018)。何峰教授于2017年5月志愿加入“致远学者研究计划”,带领致远学子在科学的奇幻世间中自由探索。