光学离心机可实现分子气体的磁化

稠密的分子气体可被迅速地用光实现磁化。由加拿大物理学家所做的实验包括使用“光学离心机”来旋转分子。这个过程实现了分子的电子自旋，并沿着同一方向排列。这种技术可能有广泛的应用范围，包括产生大量的自旋极化电子。

利用一个磁场，即使使用最强力的实验室磁体，也很难实现让电子自旋在同一方向上的磁化气体。通过在气体上闪耀圆偏振光可以实现磁化。如果光与分子的电子能级共振，可以在大约100纳秒内实现高度的自旋极化。然而，只有在合适的谐振频率下，高强度的光源才可用。另一个问题是，该技术只适用于相对分散的气体样品。

而如今，Alexander Milner，AlexseyKorobenko和Valery Milner在英属哥伦比亚大学使用了非共振光学技术对氧气样品进行试验，其中用到了一种叫做光学离心机的设备，该方法涉及到一个光学系统，输出脉冲宽带激光脉冲发射呈螺旋状。然后这些脉冲能够向分子传递大量的角动量。一个被称为自旋-转动耦合的过程会使分子上的电子自旋变成极化状态并指向同一方向，从而使气体磁化。

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光学离心机示意图

虽然只有百分之几的氧分子实际上是处在离心过程中，但极化电子产生的数量大约是采用谐振技术所实现的1000倍多。在样品中产生的磁场是毫高斯量级，这大约是地球的磁场十分之一大小。

该技术的其他优点是它能在不到一纳秒的时间内完成工作，并且可以在相对较稠密的气体中且在室温下实现。研究小组还发现，通过将气体置于磁场中，可以提高该过程。

化学反应

研究人员认为，光学离心机技术可以用于核磁共振成像，因为电子自旋极化可以转换为核磁共振的核自旋极化。自旋极化气体可以作为自旋极化电子源，用于粒子物理实验，也可以用于探测化学反应动力学和分析材料的电子性质等。

这项研究工作已发表在《物理评论快报》杂志上。

原文链接：http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/jun/20/optical-centrifuge-magnetizes-molecular-gas

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