一、学科概况

    原子与分子物理学是物质结构一个基本层次，是揭示微观世界奥秘的先驱，是现代物理学创立和发展的基石。本学科始终瞄准国家重大战略需求和国际前沿，主要研究原子、分子、离子、团簇和固体的结构与性质以及它们与外场、电子、表面等相互作用的物理机制，揭示原子-分子层次的物理学定律和规律，为原子、分子及相关领域提供科学数据。目前已经形成了原子分子结构、离子原子碰撞，超快物理、强场物理等特色学科方向。经过211工程、985工程和双一流建设长期支持和国家科研经费的持续投入，原子分子学科装备了高功率飞秒脉冲激光器，2.5MeV质子直线加速器、高性能科学计算机，飞行时间质谱等一批先进仪器设备，发展了一批先进实验技术方法与理论计算方法，具备国际先进、国内一流的原子分子物理学及其相关学科的研究环境。

    培养的研究生具有原子与分子物理坚实的理论基础和专门知识，了解本学科的历史、现状和当前国际上的学术动态，能够掌握原子分子领域的实验技术与理论计算方法，具备扎实的计算机编程、外文资料阅读以及创新思维能力。使其成为能够承担高等院校、科研院所及高科技企业的教学、科研与管理工作的高素质科技工作者和具有家国情怀、求实进取精神的可靠的社会主义事业接班人。

 

二、研究方向

研究方向1：激光原子分子物理与阿秒科学

    导师团队：胡碧涛（教授 博导）、杜洪川（教授 博导）、刘作业（教授 博导）、丁鹏基（青年研究员 博导）、沈洁（副教授 硕导）、薛山（副教授）、王集锦（讲师 硕导）

    该研究方向依托高功率飞秒激光器和先进超快探测系统主要开展强场激光物理的基础研究，并发展基于超快脉冲激光的探测技术。基础研究包括原子分子电离和解离动力学、高次谐波和阿秒脉冲的产生及应用、超快激光脉冲传播过程和非线性效应等。应用研究包括激光质谱、瞬态吸收光谱、激光诱导击穿光谱、激光诱导光栅散射、背向空气激光等分析和诊断技术在原子与分子物理、等离子体物理和凝聚态物理中的应用。项目主要来源于国家自然科学基金委、科技部和中央军委装备发展部重点项目等。

    近年来，导师团队在该方向取得若干代表性创新成果，主要包括：

    1.针对半导体布洛赫方程存在的规范依赖问题，证明了只有当Berry联络项被考虑时，长度规范的半导体布洛赫方程才是规范不变的。发展了基于休斯顿基组的半导体布洛赫方程，确定了单电子含时薛定谔方程在研究固体高次谐波时是存在局限性的。目前半导体布洛赫方程的规范不变性已被包括沃尔夫奖获得者美国科学院院士P. Corkum教授在内的国内外同行普遍认可。

    2.高次谐波产生中电离与再结合时刻的精确探测是阿秒科学研究的重要课题，极大地影响着轨道分辨高次谐波谱方法的测量精度。目前高次谐波产生中电离与再结合时刻的探测主要是通过垂直偏振的双色场方法。该方法测量的电离和再结合时刻与未包含库仑相互作用的量子轨道模型的结果一致，无法反映库仑场的影响。针对该问题，我们提出了测量库仑场诱导电离时刻偏移的高频垂直双色场方法，并发展了利用传统垂直偏振双色场精确提取电离时刻的理论方法。

    3.首次将飞秒激光应用于多光子共振激发产生背向激射的研究，利用紫外波段的飞秒激光在燃烧火焰中产生了H和O原子的背向激射，揭示了其超辐射的物理本质并将背向激射技术应用于单端口燃烧诊断。

    4.针对微观粒子超快动力学的完全重建问题，我们提出了附加相位分析方法，基于原子体系的瞬态吸收光谱测量，将体系的动力学演化与吸收光谱线型相关联，首次在实验上提取了微观粒子系统的相位信息，并将工作延伸到了大分子、高密度原子以及原子核体系，创新了微观粒子动力学的重建和操控研究。同时，也为超短时间尺度内相关量子过程的操控以及原子、分子体系中偶极衰变过程的系统研究提供了新思路。

 

研究方向2：粒子束碰撞物理及技术

    导师团队：陈熙萌 (教授 博导)、邵剑雄（教授 博导）、丁宝卫（教授 博导）、陈林（教授 博导）、张红强 (教授 硕导)、李博文 (副教授 硕导)、崔莹（副教授 硕导）、郭艳玲（副教授 硕导）、邱玺玉（副教授 硕导）、张鑫（副教授 硕导）、杨爱香(讲师)

    该方向是原子分子物理与核物理、核技术、天体化学的交叉方向，旨在基于加速器、离子源、光源等科学实验装置，利用原子分子结构、电荷交换、X射线与电子发射、分子碎离等性质，理解离子、电子、激光束线与原子、分子、纳米与固体碰撞的微观物理作用机理，以及发展先进实验技术，开拓其应用。该方向的导师团队开展的前沿课题包括：高电荷态离子、负离子、电子与纳米微结构导向效应，低能离子与二维材料电荷交换，高电荷态离子与原子、分子、固体碰撞X射线发射，量子电动力学效应检验，天体与生物分子碎裂，等离子体中原子分子过程，等离子体光源技术，电荷交换谱探测纳米材料电子结构技术，激光同位素分离技术，以及离子束检测和辐照技术等。

    近年来，导师团队在该方向取得若干代表性创新成果，主要包括：

    1.通过新实验手段观测到了一种新的电荷沉积模式，构造了高电荷态离子穿越微孔膜的电荷沉积动力学过程的理论模型，成为这个领域内目前广为接受的电荷沉积模式，主要结果发表在《物理评论快报》，成为这个领域必引的经典文献和标志性工作。后续又发现高电荷态离子穿越菱形和矩形微孔后束斑具有成型效应，构筑了完整的理论解释，主要结果发表在《物理评论快报》。最终期望为采用纳米微结构作为离子无场光学元件开辟新的手段。

    2.二维材料是目前的明星材料，受到了各领域的青睐。高电荷态离子穿越二维材料后的电荷交换可研究高电荷态离子平衡态前复杂的电荷俘获过程，以及可能的稀有激发态，检测相关的原子物理理论。发展了低能单电荷离子电荷交换谱技术，提出了利用该技术研究二维材料电子的量子限域效应，并首次在实验上观测到了石墨烯的电子量子效应。系统研究了碱金属离子非单调中性化份额与表面功函、入射能、入射角的关系，揭示了非单调入射能依赖和角度依赖的本质相同，首次修正BN理论模型并开展计算，给出了在高出射速度、低出射角处，平行速度显著增强中性化，以及在高出射速度处，入射离子能级下移显著提升中性化的规律解释。

    3.高电荷态离子、电子与原子分子、固体靶碰撞中的x射线谱测量，对研究宇宙天体内部的构成和活动过程具有重要意义。指认了一些少电子体系的跃迁过程，与已有的理论对比，填补实验测量空白区。观察了X射线发射的动能阈值效应，给出了K壳不存在空穴的高电荷态离子k-X射线发射的机理。发展了复杂的符合测量技术，寻找量子电动力学效应，相对论效应以及电子关联过程（如Breit相互作用）有关的原子物理基础理论检验的实验方法。

    4.发展和优化了激光产生极紫外光刻和水窗成像光源。发展了高Z原子的等离子体模拟和仿真手段，获得了迄今报告最高的6.x纳米光源的转换效率，提出了发展激光产生波长可调的不可分辨跃迁族的水窗光源和成像仪。研究结果被《自然 光电子学》杂志专题报道并被《J. Phys. B》评为了年度研究亮点。

    5.面向聚变和裂变等离子体及天体等离子体，参与日本Large Helical Device 19-22轮实验，研究了聚变面壁材料W的电子碰撞电离和双电子复合过程，计算了相关元素的高精度原子数据。发表于顶级期刊Mon. Not. R. Astron. Soc.的关于Fe VII的光谱数据获得了剑桥大学CHIANTI、美国NASA及NIST的肯定"they yield more accurate wavelengths for transitions involving levels without experimental energies"，相关数据被输入CHIANTI数据库并被用来解释最新的天体观测。

 

三、相关课程和基础要求

    入学前应熟练掌握普通物理、四大力学、高等数学、线性代数、数学物理方法、基本的编程语言与数值计算方法等基础知识；了解1门计算机编程语言；具有一定的数值分析与模拟能力；掌握一门外国语，具备一定的听说读写能力。

    通过硕士期间系统学习后，能掌握高等量子力学、群论、高等原子分子物理等基础知识，具备一定的人文社科知识基础，熟练掌握研究方向相关的专业知识；具备有效获取各自方向专门知识的方法和能力；熟练掌握1门外国语，具备良好的交流以及专业外文写作与资料查阅能力。