2019年2月8日，我院超快光学实验室的黎敏、陆培祥教授等在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了题为《Detecting and Characterizing the nonadiabaticity of laser-induced quantum tunneling》的论文。在该工作中，他们设计了一个巧妙的实验方案，首次在实验上观测到了量子隧穿非绝热效应的特征结构。

量子隧穿是物理学中最基本的现象之一，目前人们对于隧穿过程的理解大多是基于隧穿通过准静态的势垒，而对于隧穿通过动态势垒的物理过程尚未明确。在原子分子与强激光相互作用的过程中，电子隧穿效应将会诱导出一系列有趣的强场物理现象，如光电子全息、高次谐波以及非序列电离等。在隧穿过程中由于激光电场随时间快速震荡，可能使得这种动态隧穿（非绝热隧穿）与传统的静态隧穿（绝热隧穿）存在较大差异。一些理论预言非绝热隧穿将会导致隧穿电子产生一个非零的初始动量，这一电子初始动量对阿秒（10^-18s）科学领域的精密探测与操控至关重要。由于这一初始动量一般很小，且激光自身以及原子核库伦势作用会对电子动量造成影响，因此实验上很难观测到电子隧穿初始动量的效应。近年来，研究人员提出了多种实验方案来观测这一动量，得出的实验结论却是相互矛盾的。因此，学界对于非绝热隧穿理论是否成立依然存在着较大的争议。

超快光学研究团队与德国马普所的Ingo Barth教授合作，巧妙地设计了一个实验方案。该方案通过改变超快激光的椭偏率实现了对量子隧穿中非绝热程度的操控，同时还可以排除激光自身以及原子核库伦势作用对隧穿初始动量的影响。他们采用超快光学实验室新建设的冷靶反冲离子动量成像谱仪（COLTRIMS）装置，测量了电离电子的高分辨率三维动量分布，并观测到动量分布上存在一个交叉结构。这一特征结构是电子隧穿初始动量不为零的直接实验证据，从而证实了激光诱导量子隧穿存在非绝热效应。团队成员还使用该实验方案对不同隧穿理论模型进行了验证，实验结果表明隧穿初始动量与表征量子隧穿非绝热程度的Keldysh参数成正比。这一工作澄清了量子隧穿非绝热效应的争议，对激光诱导的超快电子动力学研究具有重要的指导意义。

陆培祥教授指导的博士生刘昆陇（现为德国马普所博士后）和我院2015级博士生罗四强为论文共同第一作者，黎敏教授、陆培祥教授和德国马普所的Ingo Barth教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和华中科技大学学术前沿青年团队项目的资助。