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我院买买提艾力·巴克副教授团队在《Physical Review A》发表重要研究成果

2026年06月02日 12:06  

我院买买提艾力·巴克副教授团队在强场QED物理研究方面取得重要进展。研究成果以“Electron spin polarization around magnetic nodes under the chirped rotating electric field”为题,发表于国际知名期刊《Physical Review A》,新疆大学物理科学与技术学院为第一完成单位,学院2022级硕士研究生白金辉为论文第一作者,通讯作者为买买提艾力·巴克副教授。

研究背景/选题意义/研究价值:

自旋是粒子的固有属性之一,在众多科学领域有着广泛的应用。自旋极化电子束对于探究物质的基本结构以及粒子间的相互作用尤其重要,是粒子物理学和核物理学、材料科学以及原子和分子物理学中的一种有效实验工具。在现实的时空振荡激光场以及旋转激光场中获取高度极化的电子,仍然是一个重大挑战。

主要研究内容:

本研究通过半经典QED理论研究了在由两个反向传播的啁啾激光脉冲形成的旋转电场中电子自旋极化的问题。研究表明,不同的激光场对电子轨迹和能量增益有着不同的影响。在没有啁啾和线性啁啾的情况下,电子无法有效地被限制在磁节点平面内,其能量迅速下降。然而,时间反转啁啾场显著增强了电子的净能量增益。

图1. 不同啁啾电场下电子轨迹随时间演化

图1展示了 X-Y 平面内电子轨迹随时间的变化情况。可以得出结论,在小啁啾参数的时间反转啁啾场的情况下,电子沿着固定的环形轨迹运动,被限制在磁节点平面内,经历最大电场强度,并获得更多的能量。

图2. 电子QED参数的时间演化

图2展示了电子QED参数在不同啁啾旋转场中的时间演化规律。研究显示,时间反转啁啾场显著增强了电子的净能量增益。这是因为时间反转啁啾确保了循环电子与旋转激光电场之间的最佳相位同步,从而实现了有效的电子能量增益,并且对于不同的啁啾值,量子电动力学参数的值也更高。

图3. 电子相对极化率的时间演化

图3显示电子相对极化率在不同啁啾旋转场中的时间演化规律。我们发现电子能量、量子电动力学参数以及电子相对极化度对啁啾参数高度敏感。通过比较各种啁啾场配置,我们得出结论:具有较小啁啾参数的时间反转啁啾场能产生最高且最稳定的电子自旋极化。在这种情况下,电子相对极化度比没有啁啾和线性啁啾的情况提高了20%。

主要创新点:

1.揭示了旋转电场磁节点附近电子动力学行为;

2.建立了实际强激光场中有效提高电子自旋极化率的新模型;

3.本方案中电子相对极化率达到了85%;

4.研究结果可以为自旋相关的激光实验提供重要理论依据。

受项目资助信息:

本研究得到了国家自然科学基金项目(Grant No.12265024和Grant No.12447179)和中国新疆维吾尔自治区自然科学基金(Grant No.2022D01C421)以及新疆维吾尔自治区科技计划项目-少数民族特培项目(Grant No. 2024D03007)的资助。

论文链接:

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.111.052815

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