强激光场中的原子分子电离行为是当前的重要前沿研究方向。相对于原子，分子具有更复杂的结构，如具有多个原子核以及额外的振动和转动自由度等，导致其电离行为的复杂性和多样性。分子电离行为与原子的一个典型差异表现在某些分子（如氧分子）的电离几率会明显低于具有相似电离能原子（如氙原子）的电离几率，即出现所谓的“电离抑制”现象。过去十几年来，人们针对分子电离抑制现象开展了广泛研究，并提出了多种理论模型，如强场近似模型、分子隧穿模型和多电子屏蔽模型等，将实验观察到的分子电离抑制现象归结为不同的物理原因。但迄今为止，对导致分子电离抑制现象的物理机制的认识尚未达成共识。

不同波长和光强下氧气和氮气分子与对应惰性气体氙原子和氩原子的电离产量比率。
左图为实验结果，右图为量子力学散射矩阵理论计算结果。

最近，北京大学应用物理与技术研究中心、北京应用物理与计算数学研究所陈京老师与中科院武汉物理与数学研究所和中科院上海光机所等相关研究小组在前期卓有成效的合作研究基础上，对中红外波段飞秒强激光中的分子电离过程开展了深入研究。合作研究组通过实验系统测量并对比氧分子和氙原子、氮分子和氩原子在近红外和中红外波长飞秒激光场中的电离产量随激光光强的变化，发现氧分子相对氙原子表现出显著的电离抑制，并且其抑制程度随波长或光强的减小而增强；相对于氩原子，氮分子的电离未出现抑制行为。通过比较实验数据与几种不同理论模型预言，发现只有考虑了分子双核干涉效应的量子力学散射矩阵理论计算结果能很好地重现实验发现。进一步分析表明，由于氧分子基态波函数具有反键对称性，来自于不同氧原子核的电离电子波包会发生量子相消干涉，且这一相消干涉随激光波长和强度的减小逐渐增强，从而导致实验观察到的电离抑制及其对波长和光强的依赖现象。该工作澄清了国际学术界在强激光场中氧分子奇特的电离抑制现象背后的物理机制上长期以来存在的争议。这一重要研究结果发表于最近的Physical Review Letters (108，223001(2012))。

该研究得到国家自然科学基金及国家“973”计划等项目的支持。