光是一種電磁波，它可以攜帶能量和動量，并與物質發生相互作用。當光照射到一個固體表面時，它可以把一些電子從固體里打出來，這就是光電效應。這些電子被稱為光電子，它們可以告訴我們很多關于固體的信息，比如它的結構、化學成分、電子態和動力學等。

但是，要想真正了解光電子是如何從固體中逃逸出來的，我們需要用非常短的光脈沖來激發它們，然后用另一個非常短的光脈沖來探測它們。這樣，我們就可以測量光電子的能量和時間，從而得到它們的動力學信息。這就是時間分辨光電子譜學的基本原理。(www.ws46.cOm)

那么，什么樣的光脈沖才算非常短呢？答案是，阿秒級別的。阿秒是 10^-18 秒，這個時間非常非常短，以至于在這個時間內，光只能走 0.3 納米。用這樣短的光脈沖來激發和探測光電子，就可以達到阿秒級別的時間分辨率，這就是阿秒光電子譜學的魅力。

但是，要產生阿秒光脈沖并不容易。目前，最常用的方法是利用高次諧波發生，也就是用一個強的可見光或近紅外光脈沖來激發一個氣體原子，使其電子被拉出原子核的束縛，然后再被彈回去，從而發射出一個極紫外或軟 X 射線的光子。這個過程可以重復多次，從而產生一系列的極紫外或軟 X 射線光子，它們的能量是可見光或近紅外光的整數倍，這就是高次諧波。如果我們把這些高次諧波光子合成起來，就可以得到一個阿秒光脈沖，這就是高次諧波發生法。

但是，這種方法也有一些局限性。首先，高次諧波的效率非常低，也就是說，只有很少一部分的可見光或近紅外光能轉化成極紫外或軟 X 射線。其次，高次諧波的頻譜非常寬，它包含了很多不同能量的光子，這會導致阿秒光脈沖的相干性降低。最后，高次諧波的重復率非常低，它只能跟隨可見光或近紅外光的重復率，而這通常只有幾千赫茲到幾兆赫茲，這對于時間分辨光電子譜學來說是遠遠不夠的。

那么，有沒有更好的方法呢？答案是，有的。最近，一些物理學家發明了一種新的方法，叫做極紫外阿秒脈沖對法，也就是用兩個極紫外阿秒脈沖來激發和探測光電子。這種方法的優點是，極紫外阿秒脈沖的效率更高，頻譜更窄，重復率更高，而且可以直接用于光電子顯微鏡，從而實現空間分辨的阿秒光電子譜學。

那么，這種方法是如何實現的呢？答案是，利用了一種叫做光學參量放大的現象，也就是用一個強的泵浦光脈沖來激發一個非線性晶體，使其發射出一個與泵浦光脈沖相干的信號光脈沖和閘門光脈沖，它們的能量之和等于泵浦光脈沖的能量，這就是光學參量放大。如果我們把信號光脈沖和閘門光脈沖都聚焦到一個氣體原子上，就可以產生兩個極紫外阿秒脈沖，它們的能量之和等于信號光脈沖和閘門光脈沖的能量，這就是極紫外阿秒脈沖對法。

這種方法的關鍵是，信號光脈沖和閘門光脈沖的相對延遲可以精確地控制，從而可以調節兩個極紫外阿秒脈沖的相對延遲。這樣，我們就可以用其中一個極紫外阿秒脈沖來激發光電子，用另一個極紫外阿秒脈沖來探測光電子，從而實現阿秒光電子干涉。這種干涉會在光電子的能譜上產生一種叫做阿秒拍的現象，也就是能譜上的振蕩信號，它的頻率等于兩個極紫外阿秒脈沖的能量差，它的相位則取決于兩個極紫外阿秒脈沖的相對延遲。通過測量阿秒拍的頻率和相位，我們就可以得到光電子的動力學信息。

這種方法的另一個關鍵是，極紫外阿秒脈沖的重復率可以達到幾百兆赫茲，這是因為信號光脈沖和閘門光脈沖的重復率可以達到幾百兆赫茲，而且它們可以用一個叫做鎖相環的裝置來同步，從而保證它們的相對延遲不變。這樣，我們就可以用一個叫做光電子顯微鏡的儀器來測量光電子的空間分布，從而實現空間分辨的阿秒光電子譜學。

這種方法的最后一個關鍵是，極紫外阿秒脈沖的能量可以選擇在 10 到 100 eV 之間，這樣就可以激發固體表面的價帶和最高原子軌道，從而探測固體表面的電子態和動力學。這就是最近一篇論文的主要內容。

論文的作者選擇了一種叫做ZnO的材料作為實驗對象，它是一種具有六角晶系結構的半導體，它的價帶最高占據態是O 2p軌道，而導帶最低空穴態是Zn 4s軌道。這種材料有很多應用，比如光電器件、催化劑、傳感器等。作者想要研究 ZnO 表面的光電子動力學，也就是光電子是如何從價帶到導帶的躍遷，以及從導帶到真空的逃逸的。

為了實現這個目的，論文的作者們使用了極紫外阿秒脈沖對法，他們用一個泵浦光脈沖來激發 ZnO 表面的光電子，用一個探測光脈沖來探測 ZnO 表面的光電子，從而得到光電子的能譜和阿秒拍。他們分別調節了泵浦光脈沖和探測兄弟的能量和相對延遲，從而探索了不同的光電子動力學過程。