——记华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室研究员李辉
如果将一秒钟拉伸成宇宙的年龄(约138亿年)，那么一阿秒仅是其中转瞬即逝的眨眼瞬间。在这个人类几乎无法感知的时间尺度上，电子跃迁的轨迹、分子解离的瞬间、量子纠缠的刹那，正被一束束超快激光“冻结”成可观测的切片。近年来，相关超快技术的发展不断拓展人类的认知范畴，引领世界科技前沿，2018年与2023年，飞秒激光与阿秒物理相继斩获诺贝尔奖，宣告人类正式进入了“阿秒时代”。
在这场探索微观极限的征程中，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室研究员李辉，多年来致力于发展超快光场调控和测量技术，实现了分子中的电子局域、多电子波包相干运动、去氢、异构等微观过程的阿秒尺度精密控制。她以超快激光脉冲为刻刀，在原子、分子以及微纳体系的舞台上，雕琢出量子波包的舞姿。她如同一位“时间魔术师”，突破了微纳体系超快动力学研究的若干技术瓶颈，自主设计了飞秒角分辨微区光谱成像创新技术，将激子极化激元的室温超快动力学研究推向全新维度，这项突破不仅解开了凝聚态物理的时空密码，更让光计算与量子器件的未来图景愈发清晰。
渤海观澜蓄壮志 莱茵琢玉得真章
2007年的天津，南开大学泰达应用物理学院的实验室里，一台飞秒激光器正发出轻微的嗡鸣。22岁的李辉透过护目镜凝视着跳动的光斑，未曾想到这道光将牵引她跨越半个地球。三年后，她叩开了德国马克斯·普朗克量子光学研究所IMPRS-APS项目的大门，成为当年全球仅招收12人的“科学尖兵”之一。
当时，研究所的Matthias Kling教授成为李辉的导师，并为她提供了去美国深造的机会，于是，她前往美国堪萨斯州立大学JRM实验室，在这里，她结识了Lew Cocke教授，在这位强场物理超快动力学领域有着深厚造诣老教授的指导下，李辉真正进入了强场物理研究领域。后来，Matthias Kling教授回德国发展，李辉也随其来到德国马普量子光学研究所。
在德国，李辉第一次见到那个改变她科研命运的人——Ferenc Krause教授。这位后来获得2023年诺贝尔物理学奖的“阿秒之父”，正带领团队攻克阿秒物理的世界难题。“就像用闪光灯拍摄蜂鸟振翅，我们必须制造出比蜂鸟翅膀振动快千万倍的‘快门’。”Krause的比喻让她豁然开朗。在这里，她见证了阿秒脉冲产生装置的关键改进，见证了人类首次观测到核外电子运动的“实时影像”。这段经历，让她深刻领悟到，超快科学不仅是技术竞赛，更是一场重塑认知的哲学革命。
在德国的优渥科研环境中，李辉科研事业不断上升，但她的一颗赤子之心始终挂念着祖国。2016年获得博士学位后，她收到了美国国家实验室的邀请，但她毅然回绝了，旋即回到中国，加入华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，从事原子分子超快动力学研究，利用超快激光技术探寻微观世界物理机制，她立志用自己在海外学到的先进技术报效祖国。
2019年初春，上海的实验室里，李辉面对着一组令人困惑的数据皱眉。加入吴健教授团队两年后，她接下科技部重点研发计划项目《新型超快光场及微纳体系量子态相干调控》中的硬骨头，她被项目首席安排去解决微腔激子极化激元室温动力学测量的瓶颈问题。激子极化激元是凝聚体物理的一个研究分支，这个半光半物质的玻色准粒子，在室温下如同调皮的精灵，其动力学过程转瞬即逝——传统条纹相机的时间分辨率(皮秒级)对此束手无策。
“我们试过借用其他研究团队的条纹相机，发现它无法满足实验需求，需要发展具有更高时间分辨能力的新方法。”回忆起当时的困境，李辉带领一个博士研究生试验了无数方法进行艰苦尝试，均以失败告终。转机出现在某个深夜，当他们第17次尝试非线性光学方案失败时，李辉突然想起博士期间接触过的瞬态克尔门技术。“如果把这种飞秒级光开关与角分辨光谱结合呢?”这个灵光乍现的设想，让团队在疫情封控期间完成了一场漂亮的“闭关突围”，自主发展了“飞秒角分辨微区光谱成像”创新技术。
2020年6月，当上海刚从疫情中复苏，他们的“飞秒角分辨微区光谱成像平台”已能将时间分辨率提升至50飞秒以内，这相当于用高速摄像机清晰捕捉到子弹穿透苹果的每一个碎裂瞬间。该技术不仅实现能量、动量、时间三维精密测量，并且时间分辨能力比条纹相机提高了两个数量级，更让室温下激子极化激元的超快运动过程首次现出真容。“那天我们看到数据曲线的那一刻，整个实验室都在尖叫。”李辉笑着回忆，“就像在迷雾中突然架起了一座彩虹桥。”
李辉博士期间在瑞士ETH从事合作研究时的合影
飞秒之间藏星火 巾帼慧眼探未来
正是在此前技术的基础上，李辉和团队很快又实现了一系列室温动力学的探索工作，相继发表的了多篇文章。他们首次实现了极化激元体系中玻色级联过程、参量散射过程的室温实时观测，为这个领域带来了更多创新成果，开拓了激子极化激元飞秒超快动力学研究前沿。
2022年的突破似乎来得充满戏剧性，当李辉和团队尝试用多个飞秒脉冲调控激子极化激元时，显示器上的数据突然呈现出奇异的曲线。“快看!BEC的开关响应时间降到了百飞秒!”团队成员的惊呼引来了整个实验室的围观。这个成果基于飞秒激光精密控制实现了世界上最快的室温BEC超快开关，将以往器件的速度提升了百倍，相关论文发表后立即引发国际热议。
更大的惊喜随之到来，通过设计飞秒脉冲序列对激子极化激元进行时域操控，李辉团队成功实现了全光逻辑“非门”，这是世界上首个激子极化激元逻辑非门，响应时间达到几十飞秒，这种超快响应速度是传统电子器件的十万分之一。李辉在激子极化激元体系中开拓了时间域调控新维度，极大提高了信息处理的速度和存储容量，团队最近基于时间维度精确调控，进一步在极化激元体系中实现了室温下的双比特逻辑门功能(CNOT门)。这些超快逻辑门为实现大规模超高速信息处理奠定了基础。
这些突破为极化激元领域的研究输入了新鲜血液，引得许多领域同行前来交流合作。李辉从初入这个陌生的研究领域到得到领域同行的认可，只花了两三年时间，这其中离不开她全心投入和忘我精神，离不开团队领导者吴健教授的大力支持和不懈的鼓励，离不开合作者们对他们的大力帮助，更离不开家人在背后的默默付出。“厦门大学陈张海老师将我们带入了激子极化激元这个全新的研究领域，我们又将自己的超快技术引入这个领域，带来了新的发展点。”李辉说。
作为一名海归学者，李辉曾在多个国家开展研究与合作，其中与强场物理国际知名专家、2023年诺贝尔物理学奖得主Pierre Agostini教授团队合作，将光致电子衍射(LIED)技术应用于碳60分子，以超高空间精度观测到了纳米级大分子骨架在飞秒光场激发下的超快微观形变。目前，团队的一部分研究工作聚焦于飞秒光场与纳米结构相互作用中表面分子的超快响应前沿方向。2024年12月，李辉作为中方科学代表受邀参加瑞典大使馆举办的诺贝尔奖晚宴活动，并登台致辞，分享在诺奖组的工作经历和科研心得。如今，凭借丰富的国际合作经验和前沿科研成果，李辉切实发挥着连接东西方科学桥梁的作用，为全球科研交流添砖加瓦。
迄今为止，李辉已经主持国家自然科学基金优青项目，国自然重大研究计划培育项目、集成项目课题，上海市基础研究特区计划项目等，并作为科研骨干参与承担多项国家及上海市重大科技攻关任务，取得了一系列重要进展。她也因为突出的科研创新成果而履获荣誉：2017年入选上海市青年科技英才扬帆计划，2024年入选上海市东方英才(青年)，同年获得超快科学全球女科学家奖(Women in Ultrafast Science Global Award)。
在华东师范大学光学大楼的走廊里，挂着李辉手书的爱因斯坦名言：“想象力比知识更重要。”透过实验室的观察窗，可以看到她正在指导学生进行实验和答疑解难。这位女性科学家就像是时间之河的摆渡人，她用20年光阴证明，在时间的最细微处，蕴藏着改变世界的磅礴力量。当超快激光穿透量子迷雾，照亮的不仅是基础科学的深空，更是人类探索未知的永恒勇气。(文/苗燕)
华东师范大学科研小组合影
