中科院近代物理所電子渦旋束流研究取得進展
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所科研人員通過電子云概念以及洛倫茲變換性質(zhì)，研究電子渦旋束流的角動量性質(zhì)，并結(jié)合不同外電場、磁場首次提出操縱電子渦旋束流及其角動量的方法。 T-s[na(/L
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自旋是微觀粒子的一種內(nèi)稟屬性，而對于軌道角動量的研究揭示出微觀粒子具有其他的奇特性質(zhì)。電子渦旋束流是熱門的研究問題，該類電子最大的特點是其波函數(shù)具有非常特殊的相因子，并由此存在一類特殊的軌道角動量——內(nèi)稟軌道角動量（intrinsic OAM），其方向與電子運動的角動量方向相同。與其他研究方法不同的是，該項工作運用電子云概念首次研究渦旋電子束流在電場、磁場中的動力學(xué)問題，得出正確的角動量進動方程，并提出3種操縱電子渦旋束流及其角動量的方法。 %t.\J:WN;
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電子渦旋束流中具有不同內(nèi)稟角動量的電子在速度選擇器中獲得不同的偏轉(zhuǎn)。 ;;^?vS
（1）分離角動量不同的電子渦旋束流。 hR [_1vuIu
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由于電子軌道角動量與電子磁矩具有一一對應(yīng)關(guān)系，因此在外磁場中，磁場將對軌道角動量產(chǎn)生力的效果。對于角動量不同的電子束流，在縱向磁場（BL）中將獲得不同的加速效果，使得相應(yīng)的電子束流具有不同的速度。由此可以利用速度選擇器選擇實際研究需要的具有特定角動量的電子束流，如下圖。 G&N),wsNZK
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�。�2）利用電磁場凍結(jié)內(nèi)稟軌道角動量，保持角動量的螺旋性不變。 zU|'IW&
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電子渦旋束流的螺旋性可以通過內(nèi)稟軌道角動量的進動頻率和電子束流的回旋頻率來調(diào)節(jié)。當兩種頻率相同時，內(nèi)稟軌道角動量的螺旋性保持不變。一般來講，在只有磁場的條件下回旋頻率是進動頻率的兩倍，因此束流的螺旋性不能夠保持不變。但電場與磁場同時存在且滿足一定條件時，進動頻率與回旋頻率可以相同。以此可以控制電子束流的方向，同時保持束流的內(nèi)稟角動量。 o(i?_4 E
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�。�3）反轉(zhuǎn)內(nèi)稟軌道角動量。 >O1u![9K|w
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電子渦旋束流的內(nèi)稟軌道角動量反轉(zhuǎn)可以由電子自旋的反轉(zhuǎn)原理實現(xiàn)，即由磁共振現(xiàn)象實現(xiàn)。在磁共振現(xiàn)象中，兩者的差別僅在于外加磁場頻率的不同。 1$yS Ii
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研究人員指出，電子渦旋束流相關(guān)性質(zhì)的研究可以推廣到正電子或強子的渦旋性質(zhì)研究。相關(guān)的操縱方法可以廣泛應(yīng)用于原子物理、材料物理以及高能核物理的相關(guān)研究。 :N4?W}r .
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研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委的支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》上。 bwjLMWEVq
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論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.243903
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