相对论自旋极化电子束在材料物理、原子分子物理、核物理以及高能物理等领域具有重要应用价值，例如：探究原子核结构，产生高能偏振伽马射线，研究宇称不守恒以及超出标准模型的新物理。然而，目前制备相对论自旋极化电子束的方法（主要依赖加速器和存储环）存在束流密度低和效率低等问题，极大地限制了相关应用发展。

近年来，随着超强激光技术的飞速发展，实验上已经产生了峰值光强超过10²¹W/cm²量级的超短超强激光脉冲，其磁场强度高达10⁵特斯拉。能否利用如此超强激光电磁场来极化电子束成为了目前国际前沿热点研究课题之一。针对此问题，在过去的几十年里，众多研究团队开展了大量的工作，但均未取得实质性突破。

图1.（a）利用椭圆偏振激光脉冲与相对论电子束对撞的非线性康普顿散射直接产生自旋极化电子束示意图。（b）、（c）和（d）分别为椭圆偏振、圆偏振和线偏振激光脉冲作用下的电子自旋分布。

最近，西安交通大学激光与粒子束科学技术研究所栗建兴教授领导的研究团队与德国马克斯普朗克核物理所研究人员，基于前苏联物理学家Baier的电子辐射理论，发展了全新的适用于任意超强激光电磁场中辐射自旋效应的蒙特卡洛计算方法，并且，提出了利用目前实验上可实现的椭圆偏振强激光脉冲产生相对论自旋极化电子束的新方案。基于此方案，首次理论上在飞秒时间尺度上产生自旋极化率高达70%以上的高密度相对论电子束。该研究成果以“Ultrarelativistic Electron-Beam Polarization in Single-Shot Interaction with an Ultraintense Laser Pulse”为题，发表在《物理评论快报》【Physical Review Letters，122，154801（2019）】上。这也是该国际合作团队近5年发表在Phys. Rev. Lett.上的第5篇工作。

西安交通大学理学院专职科研博士后李彦霏博士为论文第一作者，合作导师栗建兴教授和德国马克斯普朗克核物理所的Karen Z. Hatsagortsyan研究员为共同通讯作者。论文合作作者还包括西安交通大学理学院专职科研博士后弯峰博士、德国马克斯普朗克核物理所博士后Rashid Shaisultanov博士、负责人Christoph H. Keitel教授。该研究工作得到国家自然科学基金、国防科工局基础科研科学挑战计划、科技部重大研发计划的联合资助。文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.154801。