超快激光脉冲诱导电荷迁移及其退相干和复相干的理论研究
超快电荷迁移是阿秒物理与量子控制的核心课题，致力于追踪和操控电子在分子内的飞秒至阿秒尺度运动。该研究源于对光激发后电子动力学实时探测的需求，对于理解光化学反应、能量转移及信息处理具有重要意义。近年来，随着阿秒激光技术与理论模拟的发展，对电荷迁移的量子调控成为可能。
本课题组在该研究方向进行了以下几个工作：
1. 绝热阿秒电荷迁移（AACM）在线型分子或阳离子（如HCCI⁺）中意味着系统被制备于叠加态（例如电子基态与第一激发态的叠加），表现为价电子密度在一侧过剩而在另一侧缺失。随后，电子密度的过剩与缺失发生周期性交换，使电子密度从初始位置迁移至对侧并返回。该迁移过程在阿秒时域范围上绝热进行。本研究通过定制π/2飞秒激光脉冲，在定向HCCI⁺模型中以最大电子通量诱导绝热阿秒电荷迁移，量子动力学模拟结果表明电子通量在激光脉冲作用期间即已产生，暗示该现象普遍存在于各类体系的激光诱导AACM过程中。
2. 本课题组设计了四种线性x/y偏振及右旋(+)/左旋(-)圆偏振的共振π/2激光脉冲，将苯分子模型制备于四种不同的简并叠加态。这些态均包含等比例（0.5）的电子基态与四个可通过偶极允许跃迁抵达的简并激发态之一（对于xy平面定向排列的分子，这些激发态是¹E₁u,x和¹E₁u,y简并态的不同复线性组合）。这些激光脉冲诱导出四种周期性绝热阿秒电荷迁移（AACM），其周期均为504阿秒，但具有四种不同的角通量模式。这些通量的标志性差异体现在零通量点的两个角度位置：它们以钳形模式呈现为两股等效（或近等效）通量分支的瞬时角位置"source"与"sink"——或固定于yz对称面内两个相对碳核位置，或固定于xz对称面内两个相对碳-碳键中心，或分别沿角向顺/逆时针旋转。量子模型模拟表明：通过激光偏振这一关键调控手段，可实现阿秒时间尺度下简并叠加态AACM过程中电子通量的量子控制。
3. 在电荷迁移过程中，电子以阿秒级速度在分子内不同位点间快速流动，可能诱导后续过程（如化学键的选择性断裂）。近期研究首次通过实验与理论相结合的方式，在固定核近似下实现了对电离碘乙炔分子的定向初始态制备及后续电荷迁移量子动力学模拟。本文进一步引入核运动效应开展量子动力学模拟，揭示出原子核的核心作用：它们既能通过退相干效应抑制电荷迁移，又能通过再相干效应重新激活该过程。这一发现在阿秒-飞秒化学与物理领域具有重要意义，为通过核运动实现电子动力学的激光控制开辟了新途径。
4.
分子内超快电荷迁移（ultrafast charge migration）的潜在应用一直受限于其飞秒量级的短暂寿命，这种快速衰减主要由核运动（nuclear motion）引起的退相干（decoherence）所导致。
本文提出并验证了一种利用连续波激光（continuous-wave laser） 来显著延长电荷迁移电子相干性（electronic coherence） 的新方案。该方案通过一束与分子特定电子跃迁能共振的连续波激光，对分子进行“锚定（anchoring）”。
理论研究表明，这种激光场能够有效地抑制核运动，从而极大地减缓了退相干过程。其结果是，成功地将电荷迁移的相干寿命延长了数个数量级，实现了皮秒 甚至更长的“超长寿命”相干演化。
这项工作为实现对电子动力学的激光控制* 开辟了一条新途径。它证明，利用连续波激光这种相对简单的工具，就能主动稳定和维持分子中的电子量子相干性，这为在量子信息处理和相干控制化学反应等领域应用电荷迁移现象提供了新的可能性。
