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朱林繁教授課題組和同濟大學李文斌教授課題組合作，利用英國的Diamond同步輻射光源，基于薄膜平面腔體系首次在實驗上證實了新的Fano線形—直線線形的存在，并揭示了其背后機理：連續(xù)通道和分立通道的干涉項完全抵消了原子共振分立態(tài)的強度，從而抹除了共振散射信號，實現(xiàn)原子“隱身”。這項研究為X射線譜學探測邊前弱結構如四極躍遷提供了新思路。相關成果11月16日以“First Observation of New Flat Line Fano Profile via an X-ray Planar Cavity” 為題發(fā)表于《Physical Review Letters》上。

Fano公式因其普適性而成為現(xiàn)代物理學最重要的公式之一，它描述了分立態(tài)和連續(xù)態(tài)干涉而產(chǎn)生的復雜線形，并由法諾因子q調控。在一般認知中，q因子是實數(shù)，根據(jù)q的取值，F(xiàn)ano譜線分為對稱和非對稱峰形。近些年來，在耗散問題研究中揭示出q可以取復數(shù)。隨后理論上預言，q因子取純虛數(shù)時Fano線形存在直線情形。但是，想要觀測到該線形需要在虛部空間大范圍調控q值，由于缺乏有效的實驗手段，直線Fano線形一直沒有得到實驗證實。

朱林繁教授課題組利用X射線薄膜平面腔，選用W原子2p→5d躍遷作為分立通道，與腔本身反射的連續(xù)通道發(fā)生Fano干涉。調節(jié)X射線的掠入射角度至一階模，并改變薄膜腔的頂層Pt厚度，實現(xiàn)了純虛數(shù)q因子的大范圍調控，其基本原理見圖1。實驗中，在頂層Pt厚度1nm時，q因子取-i，此時干涉交叉項精確抵消共振分立項，從而抹除了原子共振躍遷散射信號，在反射方向上只能探測到隨能量不變的連續(xù)譜，并理論模擬重現(xiàn)了實驗觀測，見圖2。通過薄膜平面腔“隱身”特定原子內殼層躍遷，為實驗上探測吸收邊前弱結構提供了新思路。

圖1. (a) 薄膜平面腔結構以及腔散射原理圖；(b) 雙通道干涉機制以及不同q因子下Fano峰形分類：不對稱峰形、對稱峰形以及新驗證的直線線形。

圖2.（a-c）不同腔結構下的實驗反射譜，虛線對應模式角度位置；（d-f）扣除吸收邊影響后提取的實驗反射譜。（g-i）模式角度下扣除吸收邊影響后的實驗反射譜。圖（h）清楚展示了直線型的Fano線形

審稿人對該工作給予了高度評價：“X-ray core-level spectroscopy may strongly profit from the possibility to suppress an overwhelmingly strong line such that weaker features in the spectrum are revealed. In this view the work is of interest for a broader audience.”（抑制強躍遷能揭示光譜中的弱特征，對X射線芯殼層譜學十分重要，這項工作會引起廣泛的興趣。） “These observations may form the basis for further fundamental studies which could potentially be of wider interest to the x-ray community.” （這些觀測結果可為進一步的基礎研究創(chuàng)造了條件…）“… the various line types including the flat line spectrum were found and confirmed. This indeed was not achieved before experimentally and in this respect the work is significant.”（…發(fā)現(xiàn)并確認了包括平坦直線在內的各種線型，這確實是以前實驗沒實現(xiàn)的，因此這項工作是重要的。） X射線量子光學是朱林繁教授課題組新開展的研究方向，結合腔效應與硬X-ray波段的內殼層躍遷，這一工作是該課題組實現(xiàn)原子內殼層壽命調控（Phys. Rev. Research 3, 033063(2021)）后的另一重要進展。

中國科學技術大學物理學院博士生馬子茹為論文第一作者，同濟大學李文斌教授、中國科學技術大學黃新朝博士和朱林繁教授為論文共同通訊作者。本工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃及Diamond光源束流時間的支持。

論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.213602

（物理學院、科研部）