Как фундаментальное свойство электрона, спин играет решающую роль в электронной структуре вещества, от молекул и атомов до твердых тел, где он определяет, например, магнитные свойства вещества. Ультракороткие импульсы электронов — уникальные инструменты для изучения материалов, как их структуры, так и динамики, открывающие широкие возможности для получения сверхбыстрых дифракционных изображений. Поскольку спин электрона является важной переменной дифракции, ультракороткие импульсы спин-поляризованных электронов добавят этому полю совершенно новое измерение. Но где взять такие импульсы?
Один из способов — использовать ионизацию в сильных лазерных полях. Этот процесс естественным образом производит электроны ультракороткими всплесками. Всплески длятся лишь небольшую часть лазерного цикла, когда они выходят за пределы связывающего потенциала. Но будут ли эти электронные всплески поляризованными по спину?
Удивительно, но до недавнего времени этот вопрос никогда не задавали.Эта ситуация теперь изменилась благодаря совместной экспериментальной и теоретической работе Александра Хартунга и др., Вдохновленной более ранним теоретическим предсказанием И. Барта и О. Смирновой (Phys. Rev. A 88, 013401, 2013).
Используя газ атомов Xe, авторы представляют первое экспериментальное обнаружение спиновой поляризации электронов, создаваемой сильнопольной ионизацией. Измеренная спиновая поляризация составила 30%, меняя знак в зависимости от энергии электронов. Эта работа открывает новое измерение спина в физике сильного поля.
Он открывает путь к производству субфемтосекундных спин-поляризованных электронных импульсов с различными приложениями, от исследования магнитных свойств вещества в сверхбыстрых временных масштабах до тестирования киральных молекулярных систем с субфемтосекундным временным разрешением и суб-ангстремом по пространству.В статье также показано, что спиновая поляризация важна при повторном столкновении электронов с лазерным излучением с родительским ионом, когда такое повторное столкновение индуцируется эллиптическим лазерным полем. Поскольку при лазерном столкновении электрона с родительским ионом электрон полностью контролируется лазерным полем, динамика теперь может быть изучена не только с аттосекундным временным разрешением и пространственным разрешением в Ангстреме, но и с помощью спиновой чувствительности.
Это позволило бы исследовать хиральные молекулы с субфемтосекундным временным разрешением и пространственным разрешением субангстрема. Наконец, спиновая поляризация выброшенного электрона прочно связана с рождением родительского иона в первоначально спин-поляризованном состоянии.
Тогда спин-орбитальная связь приводит к внутренним кольцевым электронным и спиновым токам.