近日，理学院应用物理专业2018级本科生蒋长智与姜浩然同学在金成教授指导下，提出了利用分子高次谐波光谱与基因遗传算法来测量二氧化碳分子取向排列的新方法。相关研究成果发表在国际物理学权威期刊Physical Review A上，题目为“Genetic-algorithm retrieval of the molecular alignment distribution with high-order harmonics generated from transiently aligned CO2 molecules”（论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.023111）。该论文中，蒋长智和姜浩然同学为第一和第二作者，金成教授为通讯作者，合作者有美国堪萨斯州立大学C. D. Lin教授。
从上世纪90年代开始，随着超短脉冲激光技术的发展，实现了利用激光在空间对分子进行排列，具有取向排列的分子与激光相互作用中蕴含了更多的动力学信息，在探测化学反应动力学、高次谐波产生、激光诱导电子衍射、分子层析成像等研究方面有广泛应用。在这些应用中，分子取向排布是非常关键的信息，然而，已有的强场电离和库仑爆炸的测量方法只能粗略地给出分子取向排布，亟待发展新的精确测量分子取向排布的方法。针对这一问题，蒋长智等人提出从具有取向的分子与超短飞秒脉冲激光相互作用产生的高次谐波光谱中重构出分子的取向排列，以二氧化碳分子为例，基于定量重散射模型并考虑宏观传播效应，选择高次谐波的平行分量（或垂直分量与平行分量的强度比）随泵浦-探测夹角的数据为目标，通过基因遗传算法进行优化迭代，重构出分子取向排布。在考虑分子电离率的误差和分子内壳层轨道对高次谐波有贡献的情况下，重构的取向度的相对误差不超过10%，同时，二氧化碳分子高次谐波光谱中的极小值结构可以大大提高重构分子取向排列的精度（如图所示）。这一研究为实验上精确测量分子取向排列提供了新思路。
在本科阶段的后两年里，依托学校提供的本科生科研训练“百千万”计划这一平台，蒋长智等同学加入金成教授的研究团队，经过刻苦钻研，积极讨论和交流，培养了科研创新能力，取得了骄人的成绩。目前，蒋长智同学已经免试保送至北京航空航天大学物理学院攻读研究生，继续原子分子物理的探索之路；姜浩然同学已经免试保送至我校电光学院攻读硕士学位。此外，上述研究工作得到了国家自然科学基金和我校“海外学术伙伴计划”的资助。
图为重构的分子取向排列和超短激光作用下的分子高次谐波光谱
