Elektronens spinn-dynamik studerad i sin egen tidsskala
Forskare har i ett brett samarbete studerat elektronens spinn-dynamik på sin naturliga tidsskala – miljarddelar av en miljarddels sekund. Resultatet ger nya insikter kring elektron-spinn dynamik och skulle kunna få betydelse för nya tekniska tillämpningar inom så kallad spinntronik.
Med hjälp av extremt korta ljuspulser och så kallad koincidens-teknik har forskare från flera svenska universitet lyckats följa det dynamiska förloppet när elektronens spinn – dess rotation kring sin egen axel – styr hur en atom absorberar ljus. Därmed har de lyckats studera elektronens spinn-dynamik på sin naturliga tidsskala.
Studerat elektronerna i ädelgas
Studien är gjord på xenon, en tung ädelgas som finns i små mängder i jordens atmosfär. Sedan tidigare vet man att xenon absorberar mjukröntgenstrålning av vissa våglängder ovanligt effektivt.
Fysiker kallar fenomenet en ”jätteresonans” och har kunnat förklara att det är en kollektiv effekt där elektronerna kring atomen svarar samstämmigt på det absorberade ljuset. Särskilt fascinerande är att elektronens spinn har ett avgörande inflytande på resultatet.
Kortlivade tillstånd
I den nya studien använder forskarna attosekundpulser (en attosekund är en miljarddel av en miljarddels sekund) och samarbetar i ett projekt finansierat av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
De kombinerar hög noggrannhet i tid och energi och visar att den ovanligt starka absorptionen beror på ett exciterat tillstånd med en mycket kort livstid – bara cirka 50 attosekunder, medan elektronspinnets roll förklaras av ett annat tillstånd, med tio gånger längre livslängd, som bara kan nås genom att spinnet ändrar riktning.
Detta omvända spinn-tillstånd fungerar som en växel och styr sluttillståndets egenskaper. Resultatet ger nya insikter kring elektron-spinn dynamik och kan tänkas få betydelse för nya tekniska tillämpningar som spinntronik.
Spinntronik är teknik som utnyttjar elektroners spinn runt sin egen axel, då det skapas magnetiska moment. Med spinntronik kan man åstadkomma mer än vanlig elektronik, och har redan revolutionerat tekniken att läsa information från hårddiskar.
Vetenskaplig artikel:
Attosecond electron–spin dynamics in Xe 4d photoionization, Nature Communications
Kontakt:
Anne L’Huillier, Fysiska institutionen, Lunds universitet, anne.lhuillier@fysik.lth.se
Eva Lindroth, Fysikum, Stockholms universitet, eva.lindroth@fysik.su.se
Göran Wendin, Institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, Chalmers, goran.wendin@chalmers.se
Raimund Feifel, Institutionen för fysik, Göteborgs universitet, raimund.feifel@physics.gu.se
