激光场诱导的纳米等离子体因其伴随的壮观物理现象而引起了科学界和工业界的极大关注。激光驱动纳米等离子体研究对于惯性约束聚变、超快微纳加工、实验室天体物理、小型离子加速器、X 射线辐射源和基本粒子物理等许多方面都具有重要意义。目前可控的粒子束源都是通过磁场调制和靶结构设计实现对传播带电粒子的有效约束，设施极为复杂昂贵，需要国家级重大项目工程支撑建设。光场与纳米结构相互作用下蕴含着奇特的物理特性，与微观原子分子和宏观凝聚态物相的反应均不同，相关微观物理机制的深入认识有望推动颠覆性技术的产生，比如在极短时间和极小空间尺度下完成光场对带电粒子发射特性的控制。
针对飞秒-纳米极端时空尺度下质子喷射行为的精密控制，吴健教授团队开展了相关实验和理论研究，基于自主设计建造的纳米体系单帧速度成像系统，利用可控的飞秒激光脉冲激发，实现了金纳米颗粒表面分子反应的精准调控，能够连续调控表面分子产生的质子喷射行为。该团队还适应性开发了相关的理论计算模型，揭示了飞秒-纳米时空尺度下相互作用的微观物理机制。纳米体系在较低光强作用下，表面增强电场支配质子喷射方向从前向逐渐转为侧向。在较高光强作用下，由于纳米体系在激光脉冲前沿作用时产生了大量带电粒子，形成纳米等离子体，造成激光照射面附近共振增强，此处产生的质子形成了背向喷射现象。本工作为纳米等离子体的有效调控提供了全新思路。
该研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表于Nat. Commun. 15, 5150 (2024)。吴健教授、李辉研究员、蒋士成副研究员为论文通讯作者，孙烽豪博士和硕士研究生曲棋文为论文第一作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委基础研究重点项目等的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49569-3
图1. 全光控制纳米体系表面分子反应质子喷射方向原理示意图
