纳秒光学，皮秒光学，飞秒光学，阿秒光学在科学和工程中各有什么应用？ 第1页

谢邀。我就提一点，即阿秒光脉冲(attosecond pulses, )是凝聚态电子强关联行为理论研究的福音。

我们知道通常的化学反应过程 （化学键的形成和断裂）所对应的动力学过程的时间尺度是多少呢？是飞秒(femtosecond)。也就是说，我们可以利用飞秒光脉冲结合pump-probe技术来记录整个化学反应的真实动力学过程，参看诺贝尔得主A. Zewail的相关工作。

另外，我们知道通常的热涨落引起的退相干过程(quantum decoherence)的时间尺度是多少呢？是皮秒(picosecond )。所以，想要实验上去记录退相干过程，皮秒光脉冲其实就基本可以了。

那么，为什么需要做阿秒光脉冲呢？我们发现在固体材料中，电子在原子核附近的运动时间尺度，基本上都是阿秒的。比如说，电子绕核运动的周期大约是150 as (阿秒)[利用经典模型来估计]，电子在原子与原子之间的hopping也是阿秒的，一般的电子的量子隧穿(quantum tunneling)的尺度上限大约是1.8 as（参看 Satya Sainadh et al., Nature 2019)。而我们熟悉的光电效应发生的时间尺度也是阿秒的，而且对于超导中的电子Cooper pair的形成时间也基本是阿秒尺度的，甚至更小一些。所以实验上去记录单个电子的动力学行为，我们用阿秒光脉冲结合pump-probe技术就可以实现。

为什么我说阿秒光脉冲是研究电子强关联行为的福音呢？就是因为我们可以看到电子是如何发生相变，从一个相变成另一个相。而强关联系统中的各种”奇妙“的近似(平均场的，或者非平均场的)，就会找到序参量运动的实验证据。这就好比，一百年前左右，依然有一些哲学家们还在否认原子的存在，因为没有人真正看到原子，但是后来电子显微镜的发明让我们看见了原子。而阿秒光学可以让电子的强关联行为，变成一个实实在在的”显学“。

最后一个问题，假如我们已经非常容易的实现了阿秒光的操控，那么我们需不需要比阿秒更短的光学脉冲呢？比如说仄秒(ziptosecond )。我可以不负责任地告诉你：用不着！对于做凝聚态的人来说，阿秒就是我们研究的时间尺度的极限！再复杂的凝聚态行为，在阿秒的尺度上也可以是一帧一帧地来看了。

目前阿秒脉冲的宽度的世界纪录是43 as (2017年的工作)，我们的路还很长，但充满希望。

(而ziptosecond是为了核物理服务的，可以用仄秒光脉冲来研究正负电子对的产生和湮灭，跟材料没有什么关系了。)

---枫林白印， 25-May-2021