Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spinpolarisation durch Starkfeldionisation

15.08.2016

Starkfeldionisation wird seit mehr als einem halben Jahrhundert untersucht. Dennoch ist die Rolle des Elektronenspins während dieses Prozesses weitgehend übersehen worden. Unsere gemeinsame experimentelle und theoretische Untersuchung erbrachte nun das erstaunliche Ergebnis, dass die Chance, ein Spin-up oder ein Spin-down Elektron aus einen Atom herauszulösen, sehr unterschiedlich sein kann.

Als eine Grundeigenschaft des Elektrons spielt der Spin eine entscheidende Rolle in der elektronischen Struktur der Materie, von Molekülen und Atomen bis zu Feststoffen, wobei er beispielsweise die magnetischen Materieeigenschaften bestimmt.


Abb. 1: Spinpolarisation gemessen als Funktion der Elektronenenergie.

Abb.: MBI

Ultrakurze Elektronenpulse sind einzigartige Werkzeuge um Materialien zu untersuchen, sowohl deren Struktur als auch Dynamik, und eröffnen ein reiches Feld der ultraschnellen Bildgebung mittels Beugung. Da der Elektronenspin eine wesentliche Variable bei der Beugung darstellt, würden ultrakurze Pulse spinpolarisierter Elektronen diesem Feld eine völlig neue Dimension hinzufügen. Aber wo könnte man solche Pulse erhalten?

Eine Möglichkeit ist die Ionisation in starken Laserfeldern zu nutzen. Dieser Prozess erzeugt von Natur aus Elektronen in ultrakurzen Stößen. Die Bursts dauern nur einen kleinen Bruchteil der Laserperiode an, wenn sie von den Grenzen des Bindungspotentials freigesetzt werden. Aber wären diese Elektronenbursts spinpolarisiert? Überraschenderweise ist diese Frage bis vor kurzem nie gestellt worden.

Diese Situation hat sich nun mit der gemeinsamen experimentellen und theoretischen Arbeit von Alexander Hartung et al., inspiriert von der früheren theoretischen Vorhersage von I. Barth und O. Smirnova (Phys. Rev. A 88, 013401, 2013), geändert. Gas von Xe-Atomen nutzend, präsentieren die Autoren den ersten experimentellen Nachweis von Elektronenspinpolarisation erzeugt durch Starkfeldionisation.

Die gemessene Spinpolarisation, siehe Abb.1, erreichte Werte bis zu 30% hoch, wobei sich ihr Vorzeichen mit der Elektronenenergie umkehrt. Diese Arbeit eröffnet die neue Dimension des Spins in der Starkfeldphysik. Sie ebnet den Weg für die Erzeugung von Sub-Femtosekunden, spinpolarisierten Elektronenpulsen mit zahlreichen Anwendungen, die sich von der Untersuchung magnetischer Eigenschaften von Materie auf ultraschnellen Zeitskalen bis hin zum Testen chiraler molekularer Systeme mit Sub-Femtosekunden Zeit- und Sub-Ångström Raumauflösung erstrecken.

Die Veröffentlichung zeigt auch, dass Spinpolarisation während der Laser-getriebenen Elektronenrekollision mit dem Mutter-Ion wichtig ist, wenn solch eine Rekollision durch ein elliptisches Laserfeld herbeigeführt wird. Da bei der Laser-getriebenen Elektronenkollision mit dem Mutter-Ion das Elektron vollständig durch das Laserfeld gesteuert wird, kann die Dynamik nun nicht nur mit Attosekunden zeitlicher und Ångström räumlicher Auflösung untersucht werden, sondern auch mit Spin-Empfindlichkeit.

Dies würde es ermöglichen chirale Moleküle mit Sub-Femtosekunden Zeitauflösung und Sub-Ångström Raumauflösung zu untersuchen. Abschließend, die Spinpolarisation des herausgelösten Elektrons ist fest verbunden mit der Erzeugung des Mutter-Ions in einem anfänglich spinpolarisierten Zustand. Spin-Bahn-Kopplung führt dann zu internen ringförmigen Elektronen- und Spinströmen.

Originalpublikation:
Electron spin polarization in strong-field ionization of xenon atoms;
Alexander Hartung, Felipe Morales, Maksim Kunitski, Kevin Henrichs, Alina Laucke, Martin Richter, Till Jahnke, Anton Kalinin, Markus Schöffler, Lothar Ph. H. Schmidt, Misha Ivanov, Olga Smirnova, Reinhard Dörner
Nature Photonics 10, 526–528 (2016) doi:10.1038/nphoton.2016.109

Abb. 1: Spinpolarisation gemessen als Funktion der Elektronenenergie. Die blaue Kurve ist eine theoretische Vorhersage, während die roten Punkte mit Fehlerbalken die experimentellen Ergebnisse zeigen. Die Messung erfolgte für Xe-Atome.
Abb.: MBI

Kontakt:
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI)
Max-Born-Str. 2A
12489 Berlin

Prof. Olga Smirnova
Tel.: +49 (0) 30 6392 1340
smirnova@mbi-berlin.de

Prof. Mikhail Ivanov
Tel. +49 (0) 30 6392 1210
mivanov@mbi-berlin.de

Dr. Felipe Morales
Tel. +49 (0) 30 6392 1358
morales@mbi-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.mbi-berlin.de

Karl-Heinz Karisch | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kometen als Wasserträger für Exoplaneten
15.11.2018 | Universität Wien

nachricht Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft
15.11.2018 | Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Elektronische Haut zeigt Weg nach Norden - HZDR-Forscher verleihen Menschen mit Sensoren Magnetsinn

15.11.2018 | Informationstechnologie

Tropische Bäume in den Anden weichen dem Klimawandel aus

15.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Massiver Meteoriten-Einschlagskrater entdeckt

15.11.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics