极化电子是自旋具有“首选”方向或优先定向在特定方向上的电子。这些电子的实现对物理学研究具有显着意义，因为它可以为创造有前途的材料铺平道路，并使新的实验成为可能。

一种在实验室环境中偏振自由电子的光学方法

华东师范大学和河南省科学院的研究人员最近推出了一种使用近场光学技术在实验室环境中偏振自由电子的新方法，该方法需要应用来自靠近样品的光学设备的光束。他们的论文发表在《物理评论快报》上，可以为高能物理学、量子技术发展和材料科学开辟有趣的新可能性。

“这项研究的最初想法在两年前扎根，当时我是FranciscoJavierGarciadeAbajo教授小组的博士后研究员，该小组以其对电子束中光学激发的理论工作而闻名，”进行这项研究的研究人员之一邓潘告诉Phys.org。“从那时起，光子诱导近场电子显微镜(PINEM)领域获得了发展势头，成为电子显微镜的一个突出课题。

PINEM是一种有前途的显微镜技术，可以让研究人员操纵电子的量子特性，这可能会揭示依赖于自由电子的新量子计算机制。以前的工作主要试图使用这种技术来操纵电子的轨道和动量。在他们的研究中，潘和他的同事徐红星着手探索它在极化自由电子方面的潜在用途。

“我开始质疑是否可以采用类似的方法来改变电子的自旋状态，甚至偏振电子束，”潘说。“与几位电子束理论专家进行讨论时，他们中的大多数人认为这种效应是无法检测到的，因为电磁场内的磁场明显弱于电场分量。因此，我的计算最终证明了光学近场内的实质性电子偏振效应，这既令人惊讶又出乎意料。

Pan和Xu引入的光学方法从PINEM中汲取灵感，因为它基于类似的方法。研究人员使用具有精心设计的晶格常数的纳米线阵列(即周期性纳米结构)。它们的设计确保了输入电子速度和结构之间的近场匹配，确保了它们之间的强相互作用。

“我的提议和PINEM方案之间存在根本差异，”潘解释说。“PINEM效应是由平行于电子束的电场分量引起的。相比之下，我们使用了横向电(TE)近场，它仅具有垂直于电子束的电场。我们为什么选择这款TE近场?答案与纳米光子学中另一个有趣的话题密切相关，称为横向自旋角动量或光学近场中的自旋轨道相互作用。

研究人员应用的TE近场具有圆极化磁场。因此，它可以用来操纵电子的自旋，就像其他场可以用来控制量子自旋一样。

“自旋电子束被证明是研究磁性材料和高能物理等领域的宝贵工具，”潘说。“我们的研究还揭示了这样一种认识，即尽管与电场分量相比较弱，但可以利用光学近场中的磁场分量来实现不可预见的结果。

Pan和Xu是最早引入可靠的光学方法在实验室环境中制备自旋电子的人之一。在未来，他们的方法可以被其他研究团队调整和使用，以创建自旋偏振电子束，同时也有可能激发利用电子和光子自旋的新量子计算方法的发展。

“有了这项工作提供的方向，仍然有广泛的理论空间需要探索，例如结合电子和光子自旋的量子信息处理的潜力，”潘补充道。“然而，我认为最关键的方面是本研究中概述的提案的实验演示。我已经与几位实验学家讨论了这项工作，他们对在实验中实现我们结果的可行性表示乐观。