轨道电子学是一个最近新兴的研究领域，涉及量子信息技术中电子轨道自由度的操纵。然而，迄今为止，明确检测轨道角动量的超快动力学一直具有挑战性。

通过使用最先进的太赫兹光谱，柏林自由大学的科学家与国内外合作伙伴首次阐明了轨道极化电子的超快和长程流动。该研究发表在《自然纳米技术》杂志上。

令人惊讶的是，结果表明，存储在轨道自由度中的信息的存在时间比存储在电子第二角动量通道(自旋自由度)中的信息长约100倍。这一发现标志着轨道电子设备中太赫兹速率和低能量耗散数据处理的重要一步。

轨道角动量流的时域观测

“我们生成和测量轨道角动量电流的方法能够以飞秒分辨率直接时域观察其传播和弛豫动力学，”该研究的第一作者、太赫兹物理研究小组的项目负责人TomS.Seifert说。柏林自由大学是这项研究的带头人。

在他们的工作中，研究人员使用飞秒激光脉冲激发Ni|W薄膜堆栈中的超快轨道角动量电流，并测量发射的太赫兹电磁脉冲。这些信息使他们能够以飞秒精度重建穿过钨的轨道角动量流作为时间的函数。

该研究的第二作者、于利希Peter-Grünberg研究所的理论物理学家DongwookGo表示：“我们发现钨中的轨道角动量流以低速传播，但可以到达很远的地方。”从头开始的模拟也重现了这种意想不到的行为，揭示了钨背表面对于高效轨道到电荷电流转换的关键作用。

解开飞行中的自旋和轨道传输

这项研究强调了宽带太赫兹发射光谱在解开自旋和轨道角动量传输以及基于不同动力学的类霍尔和类拉什巴-埃德尔斯坦转换过程中的力量。

Seifert和同事发现Ni是一个很好的轨道角动量源，而W是一个很好的轨道到电荷转换器。这些结果是朝着识别轨道角动量流的理想源和探测器迈出的重要一步，这将极大地受益于准确的理论预测。

“从长远来看，轨道角动量的太赫兹电流可以实现超快和低耗散的数据处理，这是未来技术的长期目标，”汤姆·S·塞弗特说。