_ Tailoring electron fascicule vortex cu modele de intensitate personalizabile prin holografie cu difracție de electroni

Un nou studiu de cercetare de la Opto-Electronic Advances discută adaptarea fasciculelor de vortex de electroni cu modele de intensitate personalizabile prin holografia cu difracție de electroni.

În ultimii ani. , comunitatea științifică a asistat la o descoperire notabilă în studiul și dezvoltarea vortexurilor de electroni. Vortexurile de electroni sunt fascicule de electroni care poartă moment unghiular orbital, ceea ce înseamnă că electronii se mișcă nu numai în direcția de propagare, ci și se rotesc într-o manieră asemănătoare unui vârtej. Această caracteristică unică oferă multe proprietăți fizice noi și aplicații potențiale, făcându-l un instrument puternic în explorarea structurilor microscopice și a proprietăților fizice ale materialelor, în special în domenii precum spectroscopia de pierdere de energie chirală și spectroscopia de dicroism magnetic.

Studiul de vortexurile de electroni sunt conduse de o înțelegere mai profundă a particulelor fundamentale, cum ar fi fotonii și electronii. În 1992, Allen și alții au descoperit că fasciculele de lumină pot transporta moment unghiular orbital cuantificat, punând bazele teoretice pentru tehnologia vortexului de electroni. Electronii, ca particule încărcate, prezintă un comportament asemănător cu fotonii, permițându-le să fie manipulați și formați ca undele de lumină pentru a genera caracteristici de vortex. Dezvoltarea tehnologiei vortexului de electroni provine din explorarea și utilizarea acestor proprietăți de tip unde ale particulelor.

De la prima creare cu succes a vortexurilor de electroni în 2010, acest domeniu a suferit o dezvoltare semnificativă. Inițial, vortexurile de electroni au fost generate folosind plăci de fază spirală compuse din filme de grafit stivuite spontan pentru a conferi moment unghiular orbital fasciculelor de electroni incidente. Oamenii de știință au explorat mai târziu diverse metode de a genera vortexuri de electroni, cum ar fi măști holografice, aberații ale lentilelor magnetice și ace magnetice. Aceste tehnici nu numai că produc fascicule de electroni cu moment unghiular orbital specific, ci și manipulează interacțiunile vârtejurilor de electroni cu materia și câmpurile electrice și magnetice externe.

În ciuda progreselor semnificative în conceptul și aplicarea vârtejurilor de electroni, tradiționale vârtejurile au limitări în modurile lor de intensitate, prezentând de obicei modele circulare izotrope. Această limitare se datorează distribuției constante a gradientului de fază a fasciculului de electroni, limitând diversitatea formelor fasciculului de electroni și limitând aplicațiile potențiale ale vârtejurilor de electroni.

Autorii studiului au creat vârtejuri de electroni structurați cu non -distribuţii omogene de intensitate bazate pe relaţia dintre unghiul de divergenţă locală şi gradientul de fază azimutal al fasciculelor de electroni. Această descoperire înseamnă că modelele de intensitate ale vortexurilor de electroni pot fi personalizate în funcție de nevoile specifice, deschizând noi dimensiuni pentru manipularea și aplicarea fasciculelor de electroni.

Autorii au demonstrat cum se ajustează electronii liberi incidenti într-o transmisie. microscopul electronic folosind holograme generate de computer și măști de fază proiectate pentru a produce vârtejuri de electroni structurați cu modele de intensitate diferite. Această metodă permite cercetătorilor să creeze vârtejuri de electroni cu diferite modele de intensitate, cum ar fi forme de trifoi, spirală și săgeți personalizate, fiecare purtând același moment unghiular orbital.

Studiul arată că, deși aceste vârtejuri de electroni pot fi cuantificate. macroscopic printr-un singur întreg care descrie invarianța lor topologică globală, microscopic, ele sunt de fapt o suprapunere a diferitelor stări proprii rezultate din structuri geometrice care variază local. Această descoperire este semnificativă pentru înțelegerea și aplicarea vortexurilor de electroni.

O altă realizare importantă a acestei cercetări este explorarea stărilor de suprapunere coerente ale vortexurilor de electroni structurați. Prin proiectarea măștilor de fază pentru a genera vortexuri de electroni structurate cu sarcini topologice diferite, experimentul a produs cu succes stări de suprapunere cu distribuții de intensitate diferite. Aceste stări au prezentat modele de interferență unice în formă de petală, confirmând faptul că, în ciuda faptului că sunt compuse dintr-o serie de moduri de moment unghiular orbital discret la microscop, stările de suprapunere coerente ale vortexurilor de electroni structurați depind încă de invarianții topologici globali.

Acest lucru. Studiul nu numai că extinde înțelegerea teoretică a vârtejurilor de electroni, dar demonstrează și experimental fezabilitatea controlării modurilor de intensitate a acestora prin manipularea structurii locale a fasciculului de electroni. Datorită gradului suplimentar de libertate controlabil, vortexurile de electroni structurați ca sondă cuantică de electroni dețin un potențial mare în microscopia electronică și pot promova în continuare diverse aplicații in situ, cum ar fi manipularea electronilor a nanoparticulelor de-a lungul traiectoriilor proiectate, interacțiunea electronilor dependentă de model. Momentul unghiular orbital cu materie și moduri de plasmon de suprafață de excitare și sondare selectivă.

Vârtejurile de electroni structurați pot fi, de asemenea, utilizate direct în litografie pentru a produce nanostructuri formate fără a fi nevoie să scaneze fasciculul. Mai mult, astfel de concepte și abordare de generare sunt convenabile de generalizat la alte sisteme de particule, cum ar fi neutroni, protoni, atom și molecule. Aceasta oferă noi perspective și metode pentru cercetări și aplicații ulterioare ale fasciculelor de particule.

(Fluierul)