Elektronens spinn-dynamik studerad på sin naturliga tidsskala

Med hjälp av extremt korta ljuspulser och 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.

– Publicerad den 8 oktober 2020

Doktoranderna och medförfattarna till artikeln Hugo Laurell och David Busto förbereder ett experiment i attosekundlaboratoriet.

Forskarna använder attosekundpulser - en attosekund är en miljarddel av en miljarddels sekund - och samarbetar i ett projekt finansierat av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. 

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. 

Den nya studien 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 ca 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 såsom spinntronik.

Artikeln "Attosecond electron–spin dynamics in Xe 4d photoionization" är publicerad i

Nature Communications

www.nature.com/articles/s41467-020-18847-1