原子核量子效应(Nuclear Quantum Effects, NQE)包含核的零点振动与量子隧穿，对材料晶格稳定性、量子顺电性乃至超导等现象具有决定性影响，但其在阿秒级超快电子动力学中的作用长期未被厘清。传统观点认为，固体高次谐波(High harmonic generation, HHG)主要由激光驱动电子在晶格势中的非线性运动决定，这时原子核通常被视为经典点粒子。然而，在凝聚态物理与化学体系中，原子并非经典意义上的“点粒子”，它始终受到零点振动和量子隧穿等核量子效应的影响。然而，人们对NQE在电子动力学中的作用仍缺乏清晰认识。特别是在以HHG为代表的阿秒尺度电子超快过程中，核量子效应究竟扮演何种角色、如何影响电子动力学行为，仍是一个悬而未解的问题。这一问题不仅关系到对物质本征量子行为的理解，也直接影响量子信息与超快光电子学的发展。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟胜研究员指导博士后胡史奇、博士生陈擎，利用自主发展的融合含时密度泛函(TDDFT)和环聚物分子动力学(RPMD)第一性原理方法，和自主开发的全量子动力学软件TDAP，以典型二维材料石墨烯为模型体系，系统研究了核量子效应对固体HHG的影响。研究发现，NQE会在原子周围引入一种新的电荷密度空间涨落结构——“电荷密度涟漪”(Charge Density Ripples, CDR)。这种由核量子离域效应诱导的电荷分布重构，相当于一种额外的有效极化场，能够显著改变电子在晶格中的非线性散射轨迹，从而直接调制HHG的振荡相位，并在谐波信号中留下可观测的特征，比如HHG椭圆偏振旋转角的异常变化。
该机制不同于传统的“退相干模型”，提供了一种全新的物理图像，并成功解释了此前实验中尚未完全厘清的现象。这一发现表明，高次谐波光谱可以作为一种“全光学探针”，用于探测由核量子效应驱动的电荷分布变化。该结果突破了固体HHG研究中通常将原子核视为经典粒子的传统认识，表明核量子效应是不可忽略的超快动力学因素。本工作为理解超快尺度下的核-电子量子动力学提供了新的思路，也为未来基于光场的量子态探测与调控提供了新的路径。
图 (a) 核量子效应调制的高次谐波谱及其椭圆偏振依赖。(b) 石墨烯晶格中核量子效应诱导的“电荷密度涟漪”。w/o NQE:不考虑核量子效应;w/ NQE: 考虑核量子效应。
相关研究成果以“Charge-Density Ripples Modulated by Nuclear Quantum Effects in High-Harmonic Generation in Solids”为题发表在《物理学评论快报》(Phys. Rev. Lett. 136, 136901 (2026))上。中国科学院物理研究所博士后胡史奇(现为马克斯·玻恩研究所博士后)为该工作的第一作者，中国科学院物理研究所孟胜研究员为通讯作者。参与工作的还有博士生陈擎。该项研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委员会以及中国科学院青年团队项目的支持。
