迄今為止，研究人員認為電子只能在穿出隧穿區域后才能與原子核相互作用。

科學家們首次成功揭示了“電子隧穿”過程的奧秘。這項量子力學核心概念的突破性工作，由浦項科技大學（POSTECH）的研究團隊完成。

通過他們的新實驗，科學家有望解開這個困擾學界百年的電子隧穿之謎。

“通過這項研究，我們得以找到關于電子在穿越原子壁壘時行為方式的線索，”浦項科技大學物理系的 Dong Eon Kim 教授表示。

量子隧穿：電子穿越能量壁壘

研究人員揭示，雖然“穿墻而過”聽起來像是電影情節，但這種現象確實在原子世界中發生。

這種現象被稱為“量子隧穿”，指的是電子似乎能穿越其自身能量無法克服的能量壁壘（墻），就像在其中挖了一條隧道。

在他們的實驗中，研究人員利用強激光脈沖誘導原子中的電子發生隧穿。結果揭示了一個驚人現象：電子并非簡單地穿過壁壘，而是在隧穿過程中再次與內部的原子核發生碰撞。研究團隊將這一過程命名為“勢壘下再碰撞”（Under-the-barrier recollision, UBR）。

迄今為止，研究人員認為電子只能在穿出隧穿區域后才能與原子核相互作用，但這項研究首次證實了這種相互作用可以在隧穿過程中發生。

勢壘下再碰撞動力學

這項發表在《物理評論快報》上的研究，揭示了導致弗里曼共振（Freeman resonances, FR）的勢壘下再碰撞動力學。這種勢壘下再碰撞模型超越了傳統的直接多光子躍遷描述，預測了FR現象的一些獨特特征，而這些特征無法用現有的直接多光子躍遷理論來解釋。

研究人員在論文中指出：“該模型預測了在非絕熱隧穿區域下，光電子能譜中高階弗里曼共振（FR）相對于閾上電離（above-threshold ionization）的主導地位，以及FR信號對激光強度近乎不變的平坦依賴性。”

電子在勢壘內獲得能量并再次碰撞原子核

實驗期間，電子在勢壘內部獲得了能量并再次與原子核碰撞，從而增強了所謂的“弗里曼共振”。根據新聞稿，這種電離現象比先前已知的電離過程顯著增強，并且幾乎不受激光強度變化的影響。

這是一個現有理論無法預測的全新發現。

這項研究是世界首次闡明電子在隧穿過程中的動力學行為。研究人員預計，它將為更精確地控制電子行為提供重要的科學基礎，并提高依賴隧穿現象的先進技術（如半導體、量子計算機和超快激光器）的效率。

在研究中，研究人員強調，新發現的弗里曼共振（FR）特征進一步凸顯了改進理論框架的必要性，以便更詳細地闡明強場電離中高、中強度區域（包括精確的原子勢和多電子關聯）的基本機制。

最后，研究人員指出，包含勢壘下再碰撞（UBR）的強場近似（SFA）模型揭示了引人入勝的FR特征：在高、中強度區域，FR主導了閾上電離（ATI）；高階FR持續存在；且FR信號在激光強度變化范圍內幾乎保持恒定。

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