یک گاز مولکولی چگال با استفاده از نور به سرعت مغناطیسی شده است. آزمایشی که توسط فیزیکدان‌های کانادایی انجام شده شامل استفاده از «سانتریفیوژ نوری» برای چرخاندن مولکول‌هاست. این کار باعث می‌شود تا اسپین‌های الکترونیکی مولکول‌ها به یک سمت جهتگیری کنند. چنین روشی می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای از جمله در تولید مقادیر بزرگی از الکترونهای اسپین-قطبیده داشته باشد.

ایجاد یک گاز مغناطیده که در آن اسپین‌های الکترونیکی در یک جهت قرار بگیرند فقط با استفاده از اعمال میدان مغناطیسی، حتی با استفاده از قویترین آهنرباهای آزمایشگاهی، کار بسیار سختی است. رسیدن به این هدف با تاباندن نور قطبیده دایروی به گاز ممکن است. اگر نور با ترازهای انرژی الکترونی مولکول در تشدید باشد، می‌توان ظرف حدود 10ns به درجه بالایی از قطبیدگی اسپینی رسید. اما این روش تنها وقتی جواب می‌دهد که منبع نور شدت بالا با فرکانس تشدید مناسب در اختیار باشد. مشکل دیگر، عملی بودن روش فقط برای نمونه‌های گازی تقریبا پخشی است.

پالس‌های پیچ-مانند

اکنون الکساندر میلنر Alexander Milner،الکسی کوروبنکو  Alexsey Korobenko   و والری میلنر Valery Milner در دانشگاه بریتیش کلمبیا از روش نور غیرتشدیدی برای مغناطیده کردن نمونه‌ای از گاز اکسیژن استفاده کرده‌اند. این روش که سانتریفیوژ نوری نامیده می‌شود‏‌ شامل تاباندن پالس‌های پهن لیزر به یک سیستم نوری است که خروجی آن پالس‌های پیچ-مانند هستند. سپس این پالس‌ها می‌توانند مقادیر بزرگی از اندازه حرکت زاویه‌ای را به مولکول‌ها منتقل کنند. پس از آن فرآیندی موسوم به جفت‌شدگی اسپین-چرخش باعث می‌شود تا برخی اسپین‌های الکترونی در مولکول قطبیده شده، در یک جهت قرار بگیرند و گاز مغناطیده شود.

اگرچه در عمل تنها درصد کمی از مولکول‌های اکسیژن در این فرآیند سانتریفیوژ می‌شوند اما تعداد الکترون‌های قطبیده شده‌ای که تولید می‌شود تقریبا 1000 برابر بیشتر از مقدار حاصل از روش‌های تشدیدی است. میدان مغناطیسی ایجاد شده در نمونه از مرتبه‌ی چند ده میلی گاوس است- یعنی تقریبا یک دهم میدان مغناطیسی زمین.

از مزایای دیگر این روش آن است که در کمتر از یک نانوثانیه کار می‌کند و می‌توان در دمای اتاق از آن برای گازهای نسبتا چگال استفاده کرد. گروه تحقیق همچنین دریافته است که فرآیند را می‌توان با قراردادن گاز در یک میدان مغناطیسی بهبود بخشید.

واکنش‌های شیمیایی

طبق نظر پژوهشگران روش سانتریفیوژ نوری می‌تواند برای تصویربرداری تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) مفید باشد زیرا قطبش اسپین-الکترون قابل تبدیل به قطبش اسپین-هسته برای NMR است. یک گاز اسپین-قطبیده را می‌توان به عنوان منبع الکترون‌های اسپین-قطبیده در آزمایشگاه‌های فیزیک ذرات و همچنین برای بررسی دینامیک واکنش‌های شیمیایی و تحلیل خواص الکترونی مواد هم به کار برد.  

این تحقیق در Physical Review Letters چاپ شده است.

منبع

Optical centrifuge magnetizes molecular gas