文摘
固体接触强烈的电场释放电子穿过隧道。这个基本量子过程是各种应用程序的核心,从高亮度电子来源在华盛顿特区的操作1,2petahertz真空电子学laser-driven操作3,4,5,6,7,8。在后者的过程中,电子波包进行半古典的动力学9,10在强烈的振荡激光领域,类似于强场和阿托秒物理气相中的11,12。,子循环电子动力学一直以惊人的阿秒的精度决定13,14,15,但在固体量子动力学包括发射时间窗迄今为止没有测量。在这里,我们表明,双色的反向散射调制光谱电子16从纳米结构揭示了suboptical-cycle强场发射动力学,阿托秒精度。在我们的实验中,光电子光谱锋利的金属尖端所发射的电子测量,两种颜色之间的相对相位的函数。含时薛定谔方程的解情绪投射到经典轨迹与phase-dependent签名的光谱发射动力学和710±30期间阿秒产生一个排放匹配量子模型实验。我们的结果打开门强场的定量精确时间和主动控制光电发射固体和其他系统和直接影响超快电子资源等多元化领域17,量子简并度研究和sub-Poissonian电子束18,19,20.,21,nanoplasmonics22和petahertz电子23。
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引用
斯宾塞,j . c . H。高分辨率电子显微镜(牛津大学出版社,2010)。
Arbouet,。,Caruso, G. M. & Houdellier, F. in先进的成像和电子物理卷207 (ed。霍克斯,p . w .) 1 - 72(爱思唯尔,2018)。
Rybka, t . et al . Sub-cycle光学相位控制单电子的nanotunnelling政权。Nat,光子。10,667 - 670 (2016)。
普特南,w . P。,Hobbs, R. G., Keathley, P. D., Berggren, K. K. & Kärtner, F. X. Optical-field-controlled photoemission from plasmonic nanoparticles.Nat。物理。13,335 - 339 (2017)。
Karnetzky,等。基于电浆热电子nano-emitters飞秒电子芯片上。Commun Nat。92471 (2018)。
Keathley, p . d . et al . carrier-envelope-phase-sensitive反应消失在光场从电浆nanoantennas光电发射。Nat。物理。15,1128 - 1133 (2019)。
路德维希,m . et al . Sub-femtosecond电子传递在纳米级的差距。Nat。物理。16,341 - 345 (2020)。
Bionta, m . r . et al .芯片上的采样与阿托秒分辨率光学领域。Nat,光子。15,456 - 460 (2021)。
克鲁格,M。,Schenk, M. & Hommelhoff, P. Attosecond control of electrons emitted from a nanoscale metal tip.自然475年,78 - 81 (2011)。
Herink G。,Solli, D. R., Gulde, M. & Ropers, C. Field-driven photoemission from nanostructures quenches the quiver motion.自然483年,190 - 193 (2012)。
诺夫,p . b .等离子体视角强场多光子电离。理论物理。启。71年,1994 - 1997 (1993)。
诺夫,p . b & Krausz f·阿托秒科学。Nat。物理。3,381 - 387 (2007)。
沙菲尔,d . et al .解决电子出口隧道势垒的时候。自然485年,343 - 346 (2012)。
Pedatzur, o . et al .阿托秒隧道干涉法。Nat。物理。11,815 - 819 (2015)。
谢,x et al。阿托秒探针电子波包的子循环雕刻激光领域。理论物理。启。108年193004 (2012)。
贝克尔,W。,Goreslavski, S. P., Milošević, D. B. & Paulus, G. G. The plateau in above-threshold ionization: the keystone of rescattering physics.期刊。B:。摩尔。选择。。51162002 (2018)。
小狗,a . et al .超速透射电子显微镜使用laser-driven场发射器:飞秒分辨率一致性高的电子束。Ultramicroscopy176年,63 - 73 (2017)。
詹森,k . L。,Lebowitz, J., Lau, Y. Y. & Luginsland, J. Space charge and quantum effects on electron emission.j:。理论物理。111年054917 (2012)。
Keramati, S。,Brunner, W., Gay, T. J. & Batelaan, H. Non-Poissonian ultrashort nanoscale electron pulses.理论物理。启。127年180602 (2021)。
Haindl, r . et al . Coulomb-correlated few-electron州一束透射电子显微镜。预印在https://arxiv.org/abs/2209.12300(2022)。
迈耶,S。,Heimerl, J. & Hommelhoff, P. Few-electron correlations after ultrafast photoemission from nanometric needle tips. Preprint athttps://arxiv.org/abs/2209.11806(2022)。
仓库管理员,麻省理工学院Nanofocusing锥形电浆波导的光能量。理论物理。启。93年137404 (2004)。
Krausz f &仓库管理员,麻省理工学院的阿托秒计量:从电子俘获到未来的信号处理。Nat,光子。8,205 - 213 (2014)。
Piglosiewicz, b . et al . Carrier-envelope阶段影响强场光电发射的电子从金属纳米结构。Nat,光子。837-42 (2014)。
金,h . y . et al .阿托秒场致发射。自然613年,662 - 666 (2023)。
福斯特,m . et al .双色相干控制飞秒从钨nanotip阈上光电发射。理论物理。启。117年217601 (2016)。
塞弗特,L。,Paschen, T., Hommelhoff, P. & Fennel, T. High-order above-threshold photoemission from nanotips controlled with two-color laser fields.期刊。B:。摩尔。选择。。51134001 (2018)。
Skruszewicz, s . et al .双色强场光电子能谱和阶段的阶段。理论物理。启。115年043001 (2015)。
托马斯,S。,克鲁格,M。,Förster, M., Schenk, M. & Hommelhoff, P. Probing of optical near-fields by electron rescattering on the 1 nm scale.Nano。13,4790 - 4794 (2013)。
克劳斯,g . et al .合成一个周期的光与紧凑的掺铒光纤技术。Nat,光子。433-36 (2010)。
保卢斯,G G。贝克尔,W。&W一个lther, H. Classical rescattering effects in two-color above-threshold ionization.理论物理。启一个52,4043 - 4054 (1995)。
Schotz, j . et al .出现电荷相互作用在强场光电发射nanometric针技巧。纳米光子学10,3769 - 3775 (2021)。
Sidorenko, P。Lahav表示,O。,Avnat, Z. & Cohen, O. Ptychographic reconstruction algorithm for frequency-resolved optical gating: super-resolution and supreme robustness.视神经节3,1320 - 1330 (2016)。
韦娜,m . U。,Ulm, M. H. & Wegener, M. Scanning interferometer stabilized by use of Pancharatnam’s phase.选择列托人。22,1455 - 1457 (1997)。
Tsong, T . T。原子探针场离子显微镜(剑桥大学出版社,1990)。
保卢斯,G G。贝克尔,W。,Nicklich, W. & Walther, H. Rescattering effects in above-threshold ionization: a classical model.期刊。B:。摩尔。选择。。27L703-L708 (1994)。
Busuladžić,M。,Gazibegović-Busuladžić, A. & Milošević, D. B. High-order above-threshold ionization in a laser field: influence of the ionization potential on the high-energy cutoff.激光物理。16,289 - 293 (2006)。
Chang Z。阿托秒光学原理(CRC出版社,2016年)。
Dienstbier, p . et al .最少的代码示例从传播率提取波函数。Zenodohttps://doi.org/10.5281/zenodo.7612029(2003)。
确认
这项工作一直在支持部分由欧洲研究委员会(集运商格兰特NearFieldAtto和先进的格兰特AccelOnChip)和德意志Forschungsgemeinschaft(优先级程序。SPP 1840 QUTIF)。德意志Forschungsgemeinschaft T.F.和L.S.承认金融支持在海森堡项目(批准号。315210756、398382624、398382624)和1477年CRC的件轻松事交互接口”(批准号ID 441234705)。a . Liehl和a . Leitenstorfer承认资金由脱硫,批准号425217212 - sfb 1432。我们感谢n . Dudovich m·克鲁格和c . Lemell讨论。
作者信息
作者和联系
贡献
警察局和t测量光电子光谱。a . Liehl和a . Leitenstorfer设计和脉冲压缩纤维制作的。警察局,T.P. and L.S. analysed the data and generated the plots. L.S., P.D. and T.F. performed the numerical simulations. P.D., L.S., T.F. and P.H. wrote the manuscript with input from all authors.
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道德声明
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
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自然由于清戴,彭张,另,匿名的,审稿人(s)为他们的贡献的同行评审工作。
额外的信息
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扩展数据数据和表
扩展数据图1不同评价方法的最佳阶段。
对于每一个能量E我们适合用余弦函数和定义的最佳阶段,阶段最大化速度测量(如图所示)。半透明的橙色乐队表示1σ置信区间的符合平均误差±0.04π。认为相对相位区间从3π−2π。另外,最优相位可以通过跟踪FFT-phase中提取曲线(黑色)或最大计数率(蓝线)。在后一种方法解决仅限于离散相对相位步骤0.1π。
扩展数据图2场外加剂的影响。
一个,相对的阶段\({\φ}_ {{E} _ {{\ rm {m}} {\ rm{一}}{\ rm {x}}}} \)切断能源和最大化b截止调制深度、相应的峰E页函数的外加剂α(低水平轴)或相应的强度剂(上部轴)提取TDSE模拟(蓝色符号)和实验(橙色符号)。实线表示简单的人的模型的预测模式)。TDSE的虚线是一个线性适应的结果。c,Phase-averaged光电子光谱实验(橙色)和TDSE蓝色阴影带包含所有字段外加剂从5到27%。d,最佳相位相同的掺合料范围和颜色相同的代码在面板c。显然,整个光谱的形状(c)和优化阶段(d)几乎没有变化时的相对场强二次谐波在5 - 27%的大范围变化的基本领域。最重要的是,这突出了中药提取的鲁棒性的阿托秒发射时间窗口通过最优相独立的外加剂。
扩展数据图4实验设置和描述。
一个脉冲缩短阶段组成的实验装置,二次谐波发生(宋惠乔)阶段,和双色马赫-泽德干涉UHV-vessel包含针尖端和电子能谱仪。缩写:半透明反射镜(D-M)棱镜压缩机(PC)、光纤准直器(FC),单模光纤(SMF),高度非线性纤维(HNLF), 90°离轴抛物线(养老金)、铋硼酸晶体(BIBO),熔融石英板(SiO2),二向色分束器(DBS),半波板(λ/ 2)、极化滤波器(PF)、中性密度滤光片(ND)和鸣叫镜子(CM)。右上方的insets:脉冲形状、脉冲持续时间和百分比的能量中包含的主要山峰从解决光学频率控制(青蛙)测量的基本(红色)和二次谐波脉冲(蓝色)。b场离子显微镜图像的提示准备室。计数法显示~ 8环从(110)(211)杆对应的顶点半径~ 15海里。c场离子显微镜图像在实验室内。d场致发射图像的偏置电压U =−390 Ve、激光发射电子的偏置电压U =−100 V。
扩展数据图5截止提取和关系的有质动力的能量。
一个,单色TDSE光谱基础领域越来越有质动力的能量Up。b,截止能量评估从单色TDSE模拟(蓝圈)和实验电子光谱(橙色和黑色圆圈)的函数有质动力的能量Up。截止位置用于双色实验的基本磁场强度是橙色高亮显示。截止位置的模拟和实验数据点线性依赖于有质动力的能量,但稍微偏离10Up和10Up+ 0.5W规则(虚线)。
扩展数据图6轨迹分析。
一个,最后的动能(黑色曲线)在单位内的有质动力的能源中心双色场的周期(字段和矢势见顶面板)从社交媒体计算获得20%的领域外加剂(阶段显示)。b,c截止,坚实的曲线显示CEP-averaged峰调制深度E页(b)和相对的阶段\({\φ}_ {{E} _ {{\ rm {m}} {\ rm{一}}{\ rm {x}}}} \)(c)导致最大能量领域的功能外加剂如预测的多发性骨髓瘤。虚线显示各自的结果当忽略二次散射的修改时间,由于二次谐波的存在(即。α和ϕrel)。阴影区域表示各自的属性与CEP的小变化。
扩展数据图7含时波函数和连续介质共振。
一个,传播波函数的概率密度Ψ与基态对数色标显示在右边(蓝色)。b后,概率密度预测的基态。c电场,绑定潜在的不安E(灰色)。非微扰的基态Ψ地面和第一四个连续的共鸣\ ({\ varPsi} _ {{\ rm {r}} {\ rm {e}} {\ rm{年代}}}^ {(1)}\)来\ ({\ varPsi} _ {{\ rm {r}} {\ rm {e}} {\ rm{年代}}}^ {(4)}\)与摄动相关潜在的表示。
扩展数据图8连续的连续介质的共振和提取瞬时排放速率。
一个后,概率密度预测基态(扩展数据图一样。7 b)。b- - - - - -d后,剩余密度先后删除相应的共振右边(如图所示)。e收益率(橙色)和瞬时速度(蓝色)评估。
扩展数据图9比较完整和truncated-field时间之间传播。
一个,b删除后,波函数的概率密度\ ({\ varPsi} _ {{\ rm {r}} {\ rm {e}} {\ rm{年代}}}^ {(0)}\)来\ ({\ varPsi} _ {{\ rm {r}} {\ rm {e}} {\ rm{年代}}}^ {(3)}\)包括(a)和(b)二次散射通过删除字段的位置x> 10(虚线)。c、产量(橙色)和速度(蓝色)决定从(a)(虚线)和(b)(实线)。
扩展数据图10最小二乘优化的功函数和映射到排放持续时间。
一个发现,最低的最小二乘优化W= 6.61 eV(蓝色曲线)和匹配实验最优相位(橙色)截止域。1σ和3σ置信区间来表示σ= 0.32 eV。b、排放持续时间(应用取决于功函数ϕce=π。蓝色的圆圈表示CEP-averaged持续时间W6.6 = 6.3电动汽车,电动汽车和6.9 eV。灰色区域表示先前确定的功函数区间。的最大变异排放持续时间在这个区间710±30蓝色突出显示的阴影区域。
补充信息
补充信息
补充信息文件包含补充方法,无花果。1 - 5和引用。
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Dienstbier, P。塞弗特,L。帕兴氏小,T。et al。跟踪阿托秒从nanometric金属尖端电子发射。自然616年,702 - 706 (2023)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 023 - 05839 - 6
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