孙旭飞副教授和陈张海教授团队首次利用电子轨迹分离技术从理论上揭示了螺旋光电子全息结构的亚周期电子再散射动力学行为，进一步探究了周期内螺旋光电子全息结构向周期间地毯式光电子全息结构演化的物理机制。为理解和分析具有阿秒时间分辨的强场电子全息技术提供了新的思路。相关研究成果以”Revealing rescattering-induced subcycle dynamics of the spiral-like holographic structure”为题，于2021年11月18日发表在PHYSICAL REVIEW A上。
在飞秒强激光场的作用下，原子分子中处于束缚态的电子将会通过隧穿的形式发生电离，形成电子和离子。隧穿之后的电子以波包的形式在激光场作用下发生演化。演化过程中被电场拉回母核并与其发生散射的电子波包被称为信号波包，它们记录了原子分子的时空信息；相反，未能返回母核而发生直接电离的电子波包被称为参考波包。当激光场结束后，这两类波包在动量空间相干叠加形成光电子全息谱，其中便蕴含了非常丰富的原子分子超快动力学信息。
最近，螺旋光电子全息结构首次在理论和实验上被揭示，它来源于前向与背向再散射电子之间的干涉[J. Phys. B 51, 124001(2018); Phys. Rev. A 102, 033111(2020)]。然而，研究团队发现螺旋光电子全息结构在动量空间的分布与背向再散射电子的分布并没有完全重合，那么是否所有背向再散射电子对螺旋光电子全息结构的形成都做出了贡献？另外，电子波包在激光场的作用下可能多次返回母核并最终发生电离，那么这种类型的再散射电子是否会对螺旋光电子全息结构产生影响？鉴于此，孙旭飞副教授和陈张海教授团队提出采用半经典量子轨迹蒙特卡罗方法，创新性地引入再散射小球的概念, 将再散射电子的动力学过程分解为再碰撞前、后两部分，进而更加完整并且深入地揭示了螺旋光电子全息结构亚周期的再散射动力学过程。模拟结果表明，在再碰撞之前（图1），电子会多次返回母核并最终对螺旋光电子全息结构产生影响，并且只有那些返回母核偶数次（包括0次）的电子才有可能对螺旋光电子全息结构作出贡献；而在再碰撞之后（图2），只有那些与母核发生相对较弱相互作用的背向散射电子才能够与前向散射电子发生干涉并最终形成螺旋光电子全息结构。
此外，研究团队还给出了从周期内螺旋光电子全息结构演化到多周期地毯式光电子全息结构的详细转变过程（图3），揭示了周期内不对称螺旋状干涉条纹与周期间对称环状干涉条纹复杂的相互作用。该工作有助于更加全面、深入地理解如何使用螺旋光电子全息谱作为一种全息成像工具。
图3. 从周期内螺旋光电子全息结构演化到多周期地毯式光电子全息结构的转变过程
相关研究成果以“Revealing rescattering-induced subcycle dynamics of the spiral-like holographic structure”为题，于2021年11月18日发表在PHYSICAL REVIEW A上。第一作者为20级硕士研究生秦鹏，通讯作者为孙旭飞副教授和陈张海教授。该研究成果得到国家自然科学基金，厦门大学校长基金支持。
论文链接：
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.104.053111
