对激光等离子体瞬态电场时空演化过程的高分辨探测研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11675106
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    78.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2903.等离子体诊断技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The high resolved study of transient dynamics of transient electromagnetic fields associated with laser plasmas is essential to understand the nature of laser-plasma interaction and eventually control its dynamic progress. However, light is not sensitive to electromagnetic fields, which is frequently applied to the dynamics of laser plasma. Therefore, the light probe could not provide the information of the self-generated electromagnetic fields, one of the most critical parameters in laser plasma evolution. Transient electric and magnetic fields can now be diagnosed experimentally by our ultrafast time-resolved electron schlieren method developed recently with combined ultrafast temporal resolution and field sensitivity. Its picoseconds temporal and microns spatial resolutions provide unprecedented chances to simultaneously record both the global and local field features. Here, we propose to develop a DC accelerated femtosecond photoelectron gun specially designed for laser plasma diagnosis and generate ultrashort electron probe. Upon the interaction between intense laser pulses (<10^18 W/cm^2) and targets such as metals and semiconductors, we plan to investigate the temporal and spatial evolution of the associated medium to low density laser plasmas by such pulsed electron probe. The evolution of the 3D transient electric field structure and the corresponding charge distribution will be directly achieved by analyzing electron deflection patterns by Abel inversion. We will further explore the formation and evolution mechanism of such field structure combining with numerical simulations, which is expected to help us understand the dynamics of energy transfer in light induced charge separation field, Coulomb Explosion, nonlinear photoelectric process and so on.
对激光等离子体瞬态电磁场分布时空演化过程的高分辨探测研究,是深入理解激光等离子体相互作用物理本质和对其动力学过程进行调控的基础。然而由于常用的光探针对电磁场变化不敏感,无法给出对激光等离子体动力学过程起关键作用的自生电磁场信息。我们近期发展的超快时间分辨电子纹影方法同时具有皮秒量级时间分辨和微米量级空间分辨能力,为诊断全局和局域的激光等离子体的电磁场时空演化过程信息提供了可能。本项目将发展适用于激光等离子体诊断的直流加速光阴极飞秒电子枪,针对非相对论强度激光(<10^18 W/cm^2)与金属、半导体等各类靶材相互作用过程,利用超短脉冲电子束对中低密度等离子体的时空演化过程开展实验研究;进而通过阿贝反演获得三维瞬态电场结构和电荷分布以及它们的演化过程,并结合理论模拟分析其形成和演化机制,以期有助于准确理解光致电荷分离场、库仑爆炸、非线性光电效应等能量吸收和转移的动力学过程。

结项摘要

对激光等离子体瞬态电磁场分布时空演化过程的实时探测,是深入理解激光等离子体相互作用物理本质和对其动力学过程进行调控的基础。在发展对激光等离子体瞬变电磁场敏感的飞秒电子探针技术的基础上,为一进步提升超快电子纹影法的时空分辨率,本项目发展了超快非等密电子纹影法,针对二维平面靶和零维针尖靶的等离子体演化动力学,分别设计了非等距排列的斜孔网格和半圆形调制网格,并完成了原理性验证实验。同时,本项目选取了具备代表性的半导体、绝缘体和金属样品体系,系统性地研究了1-100拍瓦每平方米量级中等强度飞秒激光激发条件下所产生的中低密度等离子体瞬态电场的演化。对于可用作光阴极材料和发光二极管的n型氮化镓半导体材料,通过建立探针电子束质心偏转量与瞬态电场场强的关系,探测并理解飞秒激光辐照下空间电荷效应对表面等离子体瞬态电场演化的影响;研究表明在空间电荷效应的限制下,氮化镓表面发射电荷总量和电子初始速度均达到饱和,分别为2.7pC和1.8um/ps;该研究为基于飞秒激光调控光阴极出射电子的特性调控提供了新思路。对于强关联量子材料中具有代表性的锰氧化合物体系,本项目初步探索了利用表面瞬态电场实现材料特性超快调控的可能途径;通过优化激光等离子体参数,在室温条件下,La0.67Sr0.33MnO3纳米单晶薄膜表面10微米以内的高度,可以产生高达100kV/m电场强度,持续时间约数十皮秒;这表明,瞬态电场有可能成为除太赫兹之外的新型超快调控手段;然而在液氮低温条件下,锰氧化合物表面瞬态电场的强度显著降低,相应的机理问题仍亟待研究解决。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Carrier emission of n-type gallium nitride illuminated by femtosecond laser pulses
飞秒激光脉冲照射 n 型氮化镓的载流子发射
  • DOI:
    10.1063/1.4972271
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Runze Li;Pengfei Zhu;Jie Chen;Jianming Cao;Peter M. Rentzepis;Jie Zhang
  • 通讯作者:
    Jie Zhang
Evolution of picosecond surface electric fields generated by photon-induced charge emission from La0.67 Sr0.33MnO3 films
La0.67 Sr0.33MnO3 薄膜光子诱导电荷发射产生的皮秒表面电场的演化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Runze Li;Pengfei Zhu;Haijuan Zhang;Yao Wang;Jie Chen;Peter M. Rentzepis;Jie Zhang
  • 通讯作者:
    Jie Zhang

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其他文献

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    程国胜
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    于广锁
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张杰

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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