超快科学 | 揭示开壳层原子中普遍存在的自旋可分辨多电子动力学机制

近日，来自上海交通大学的超快激光物理研究团队研究了Li原子的光电离过程。团队利用数值模拟含时薛定谔方程的方法研究了强激光驱动的Li原子在XUV光场中的单电离和双电离。研究发现，当一个内壳层原子吸收光子电离后，Li⁺中具有相反自旋方向的两个电子会处在自旋单态和三重态的叠加态上并形成量子拍。随着Li⁺波函数的演化，自旋相反的两个电子在周期性交换轨道。

研究人员首先利用一束阿秒激光脉冲和自旋极化的Li原子相互作用（不妨假设价电子自旋向上，两个内壳层电子的总自旋为0），使Li原子发生单电离。一定时间延迟后再利用另一束阿秒激光脉冲和Li⁺相互作用，并电离出第二个电子。一般地，阿秒激光脉冲优先电离出内壳层电子。若第一束阿秒激光脉冲电离出内壳层自旋向下的电子，则Li⁺中两个电子的自旋相同，Li⁺处于自旋的本征态，Li⁺的电子波函数分布不随时间发生变化。若第一束阿秒激光脉冲电离出内壳层自旋向上的电子，则Li⁺中两个电子的自旋相反，Li⁺处于自旋三重态和单重态的叠加态，Li⁺中处于两个壳层的电子随着时间演化会互换空间轨道。因此，Li⁺内壳层电子的自旋方向在周期性翻转。由于阿秒激光脉冲优先电离内壳层电子，如果在不同时刻延迟引入第二束阿秒激光脉冲，则从Li⁺出射的光电子的自旋方向也会不同。数组模拟研究中，通过改变两束阿秒激光脉冲的时间延迟，可以获得自旋极化率可控的光电子对。不同于以往利用自旋轨道耦合控制光电子自旋的研究，该研究揭示了电子波函数交换对称性对多电子超快关联运动的重要影响。