近日，国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）正式发表了华北电力大学数理学院刘纪彩教授团队与合作者的最新研究成果《Timing Ultrafast Charge Transfer via Fano Interference beyond the Core-Hole Clock》。该研究工作突破传统唯像理论框架，发展了一种基于Fano干涉的全量子理论——Fano基芯电子空位时钟（FCHC）方法，通过共振俄歇散射（RAS）精确测量分子体系中的超快电荷转移（CT）时间，为复杂体系电荷转移超快动力学研究提供了全新的理论工具。研究工作从理论框架的建立到实验测量、数据分析与计算模拟，汇聚了来自中国、法国、瑞典、德国、瑞士、俄罗斯等九个科研机构的杰出科学家。本项目受国家自然科学基金和华北电力大学中央高校基本科研业务费基础学科/交叉创新专项资助。华北电力大学为论文的第一单位，刘纪彩教授和Nicolas Velasquez研究员为论文的共同第一作者，博士生张曼参与论文的理论计算工作。

电荷转移是物理、化学和材料科学中最基本的微观过程之一，其时间尺度通常在飞秒（10⁻¹⁵秒）至阿秒（10⁻¹⁸秒）量级。长期以来，基于唯像模型的芯电子空位时钟（CHC）方法是提取电荷转移时间的标准工具。然而，传统CHC方法存在一个根本性的理论缺陷：假设X射线吸收只布居局域激子态，完全忽略了X射线对非局域电荷转移连续态的直接激发以及两者之间的量子相干性。

刘纪彩教授与合作者从第一性原理出发，建立了超快电荷过程中两步RAS散射过程的全量子Fano干涉理论框架。该理论首次将X射线对局域激子态和非局域电荷转移连续态的共同激发及散射过程纳入统一描述，揭示了二者在芯电子激发态中的Fano量子干涉对共振俄歇散射谱的深刻影响。研究团队将这一新方法命名为Fano基芯电子空位时钟（FCHC）。为验证FCHC理论，研究团队对在法国SOLEIL同步辐射装置测量的有机半导体聚合物P3HT的硫KLL共振俄歇谱进行了分析，实验观测到的电荷转移通道平滑能量依赖和Fano位移现象，与FCHC理论预言精确吻合，直接验证了新理论的准确性。

从唯像模型到全量子描述，刘纪彩教授团队及其国际合作者发展的FCHC方法不仅为超快电荷转移时间的测量提供了更准确的理论工具，更揭示了量子干涉在电荷转移动力学中的核心作用。这一成果为理解和调控分子、聚合物及凝聚态材料中的电荷转移过程开辟了全新的视角，对光电器件、能源材料、分子电子学等领域具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

刘纪彩教授团队长期从事高分辨X射线光谱学和超快激光量子动力学领域的研究，近期连续在Physical Review Letters发表两篇高水平研究成果，彰显了团队在相关研究领域的学术实力和国际影响力。项目成果的取得也是华北电力大学近年来大力加强基础学科建设、推动物理学科高质量发展的一个缩影。学校高度重视基础学科的战略支撑作用，持续加大投入力度，不断优化学科布局与科研生态，使得我校物理学科实力和国内外学术影响力显著增强。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/h6h9-j83r

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/c5mk-trlz

初审：宋金溪

复审：刘纪彩

审核：彭良友 田永辉

责任编辑：朱慧花