江玉海组,中科院上海高研院

利用同步辐射、 自由电子激光和飞秒红外激光等先进光源， 探索光与原子分子以及材料的相互作用，研发光子、 电子与离子的高灵敏度全空间成像探测新技术， 研究前所未有的极端条件下原子分子及纳米材料中非线性量子规律。 研究方向主要集中在原子分子电子超快运动实施精密测量和相干控制， 这包括原子分子内电子关联纠缠轨道运动、 分子中电子原子非绝热耦合、 多光子吸收多电子电离非线性、原子分子高里德态量子纠缠、 超冷原子分子量子特性、 极端条件下等离子体演化、 里德堡态量子信息储存以及生物大分子瞬时吸收、 纳米材料和能源材料表征与原位观测、 新型激光产生、 新型量子器件和量子通讯、 食品安全检测等。

中国科学院上海高等研究院江玉海研究员和德国海德堡马普所合作，发现强XUV自由电子激光场中原子双激发态电子结构变化新现象，相关结果 "Strong-Field Extreme-Ultraviolet Dressing of Atomic Double Excitation" 发表于 Phys. Rev. Lett.。该工作同时作为编辑推荐（Editors' Suggestion） 与 APS Physics 精选论文（“Featured in Physics”），获得了推荐点评（Synopsis: Distorting Helium Atoms with XUV Light）。

强XUV激光照射一个原子，原子的电子结构会收到“扭曲形变”，这种变化对认识探索强激光与物质在最基本层面上的相互作用是非常有意义的。研究人员利用XUV自由电子激光操纵氦原子中双激发态，首次发现它受到激光场强度改变的一些特殊规律，让我们认识到如何通过外场激光调控物质中电子对快速演化以及强关联规律（如下图所示），对未来研究强场材料物理和物理化学等学科有着重要的科学意义。

实验主要是在德国海德堡马普所组织领导下，通过和高研院合作，在德国汉堡FLASH光源上完成，研究标注感谢了中国NSFC重点合作与交流项目（11420101003）和NSFC重大仪器研制项目（11827806）的支持。该工作不仅让我们掌握国外的先进技术，对我们正在建设进行中的上海SFEL光源建设以及未来将开展的科学研究方向有重要的指导作用。

量子相干是神秘量子世界的核心概念，是量子信息通讯、量子计算机、纳米材料电荷转移、光合作用、以及宏观上高效生物分子激发能量转移的关键机制与基础，在各种时间和各种空间尺度上决定着我们所感知的神奇量子世界。如何探测特别是在超短时间尺度上的量子相干，是一个重要的科学问题。我们从强场理论出发，利用飞秒极紫外（XUV）与太赫兹（THz）脉冲组合场的光电子谱，提出一种实验上可提取时间演化密度矩阵元，研究开放量子系统的超快相干动力学方案，同时极大提高XUV激光的分辨率。研究方案如图所示，该工作表明：1. 系统各含时密度矩阵元可被直接映射到对应动量的时变光电子谱峰。2. 通过观测光电子谱中THz增强相干信号的振荡，可确定任意时刻量子态间的相对相位。3. 利用现有飞秒脉冲条件，可实现对阿秒尺度上的超快量子拍频的分辨。

该方案首次提出太赫兹激光在自由电子激光大装置上进行阿秒量子相干探测的新方法新思路，极大扩展和提高自由电子激光光源的应用前景和科学价值，该工作 "Ultrafast Mapping of Coherent Dynamics and Density Matrix Reconstruction in a Terahertz-Assisted Laser Field" 已于近期发表于 Physical Review Letters [Y. Zhang, T.-M. Yan, and Y. H. Jiang, Phys. Rev. Lett. 121, 113201 (2018)]。

上海科技大学江玉海课题组接收物理相关专业硕士、博士研究生。欢迎对物理有强烈兴趣的同学参与上海科技大学江玉海课题组的研究工作，特别是有志在此攻读博士研究生的同学。

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