×

纯电子涡旋束的正常模式和模式转换。 (英语) Zbl 1404.78019号

摘要:电子涡旋束是目前实验室常规产生的第一类物质涡旋束。在这里,我们简要回顾了这一新生领域的进展,并提出了一个自然量子基集,我们证明它适合于描述电子涡旋束。法向模式是在孔径平面中定义的截断贝塞尔光束(TBB),或具有所述孔径的透镜焦平面中TBB(FT-TBBs)横向结构的傅里叶变换。由于这些模式是轴向轨道角动量算符的本征函数,因此它们可以提供此类系统中任何电子涡旋束波函数的二维横向分布的完整描述,类似于拉盖尔-高斯(LG)的突出作用光束在描述光学涡旋光束中起作用。描述了TBB和FT-TBB的简正模特性,包括量子化轨道角动量(以缠绕数(l)表示)和径向指数(p>0)。我们用计算机生成的全息图演示了这种光束的实验实现。可以使用像散变换光学进行模式分析,这与LG和厄米高斯光束之间的像散模式变换非常相似。

MSC公司:

78A35型 带电粒子的运动
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Allen L,Beijersbergen MW,Spreeuw RJC,Woerdman JP.(1992)光的轨道角动量和拉盖尔-高斯激光模式的转换。物理学。版次A 45,8185-8189。(doi:10.1103/PhysRevA.45.8185)·doi:10.1103/PhysRevA.45.8185
[2] Belinfante FJ.(1940)关于任意场的电流和电荷密度、能量、线动量和角动量。《物理》7,449-474。(doi:10.1016/S0031-8914(40)90091-X)·doi:10.1016/S0031-8914(40)90091-X
[3] Humblet J.(1943)《电磁脉冲的真实时刻》。《生理学》10,585-603。(doi:10.1016/S0031-8914(43)90626-3)·Zbl 0028.28002号 ·doi:10.1016/S0031-8914(43)90626-3
[4] Coullet P,Gil L,Rocca F.(1989)《光学涡旋》。选择。Commun公司。73, 403-408. (doi:10.1016/0030-4018(89)90180-6)·doi:10.1016/0030-4018(89)90180-6
[5] Allen L,Padgett MJ,Babiker M.(1999)IV光的轨道角动量。《光学进展》,第39卷(E.Wolf编辑),第291-372页。英国伦敦:物理研究所。(http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0079663808703913).
[6] Allen L、Barnett SM、Padgett MJ。(2003)光学角动量。英国布里斯托尔:物理研究所出版。
[7] Andrews DL,Babiker M.(2012)光的角动量。英国剑桥:剑桥大学出版社。
[8] He H,Friese M,Heckenberg N,Rubinsztein-Dunup H(1995)从具有相位奇异性的激光束直接观察角动量向吸收粒子的转移。物理学。修订稿。75, 826-829. (doi:10.1103/PhysRevLett.75.826)·doi:10.1103/PhysRevLett.75.826
[9] Dholakia K、Macdonald M、Spalding G(2002)《光镊:下一代》。物理学。世界15,31-35。(doi:10.1088/2058-7058/15/10/37)·doi:10.1088/2058-7058/15/10/37
[10] Grier DG公司。(2003)光学操作的革命。《自然》424,810-816。(doi:10.1038/nature01935)·doi:10.1038/nature01935
[11] Ladavac K,Grier总经理。(2004)由全息光学涡旋阵列组装和驱动的微光机械泵。选择。快递12,1144-1149。(doi:10.1364/OPEX.12.001144)·doi:10.1364/OPEX.12.001144
[12] Galajda P,Ormos P(2001)由光产生和驱动的复杂微机械。申请。物理学。莱特。78, 249-251. (doi:10.1063/1.1339258)·doi:10.1063/11.1339258
[13] 姚明,帕吉特·乔丹。(2011)轨道角动量:起源、行为和应用。高级选项。光子。204, 161-204. (doi:10.1364/AOP.3.000161)·doi:10.1364/AOP.3.000161
[14] Fürhapter S,Jesacher A,Bernet S,Ritsch-Marte M.(2005)螺旋干涉法。选择。莱特。30, 1953-1955. (doi:10.1364/OL.30.001953)·doi:10.364/OL.30.001953年
[15] Züchner T、Faila AV、Meixner AJ。(2011)带甜甜圈模式的光学显微镜:检测、表征和操作单个纳米物体的概念。安圭。化学。50.5274-5293.doi:10.1002/anie.201005845)·doi:10.1002/anie.201005845
[16] Baranek M,Bouchal Z.(2013)量化螺旋相位调制实现的旋转涡旋成像。《欧洲药典》选项。Soc.813017号。(doi:10.2971/jeos.2013.13017)·doi:10.2971/jeos.2013.13017
[17] Bialynicki-Birula I,Bialyncka-Birula Z,Śliwa C.(2000)量子力学中涡旋线的运动。物理学。版次A 61,032110。(doi:10.1103/PhysRevA.61.032110)·Zbl 1142.81341号 ·doi:10.1103/PhysRevA.61.032110
[18] Bialynicki-Birula I,Bialyncka-Birula Z.(2001)非线性波动力学中涡线的运动。物理学。版次A 65,014101。(doi:10.1103/PhysRevA.65.014101)·Zbl 0089.22101号 ·doi:10.1103/PhysRevA.65.014101
[19] Bialynicki-Birula I、Mloduchowski T、Radozycki T、Śliwa C.(2001)《运动中的涡线》。物理学报。波兰。A 100(补遗),29-41。(doi:10.12693/APhysPolA.100.29)·doi:10.12693/APhysPolA.100.29
[20] Bliokh K,Bliokh-Y,Savel’ev S,Nori F.(2007)电子波包状态与相位涡的半经典动力学。物理学。修订稿。99, 190404. (doi:10.1103/PhysRevLett.99190404)·doi:10.1103/PhysRevLett.99.190404
[21] Uchida M,Tonomura A.(2010)携带轨道角动量的电子束的产生。《自然》464737-739。(doi:10.1038/nature08904)·doi:10.1038/nature08904
[22] Verbeeck J,Tian H,Schattschneider P.(2010)电子涡旋束的产生和应用。《自然》467301-304。(doi:10.1038/nature09366)·doi:10.1038/nature09366
[23] McMorran BJ,Agrawal A,Anderson IM,Herzing AA,Lezec HJ,McClelland JJ,Unguris J.(2011)高轨道角动量量子的电子涡旋束。科学331192-195。(doi:10.1126/science.1198804)·doi:10.1126/科学.1198804
[24] Heckenberg NR、McDuff R、Smith CP、Rubinsztein-Dunop H、Wegener MJ。(1992)具有相位奇点的激光束。选择。量子电子。24,S951-S962。(doi:10.1007/BF01588597)·doi:10.1007/BF01588597
[25] Heckenberg NR,McDuff R,Smith CP,White AG.(1992)通过计算生成的全息图生成光学相位奇点。选择。莱特。17, 221. (doi:10.1364/OL.17.000221)·doi:10.1364/OL.17.000221
[26] Shiloh R,Lereah Y,Lilach Y,Arie A.(2014)使用纳米相位掩模雕刻电子波函数。超微显微镜144,26-31。(doi:10.1016/j.超微,2014.04.007)·doi:10.1016/j.ultramic.2014.04.007
[27] Karimi E,Santamato E.(2012)近轴波动方程的径向相干和智能状态。选择。莱特。37, 2484. (doi:10.1364/OL.37.002484)·doi:10.1364/OL.37.002484
[28] BéchéA,Van Boxem R,Van Tendloo G,Verbeeck J.(2014)电子暴露的磁单极场。自然物理学。10, 26-29. (doi:10.1038/nphys2816)·doi:10.1038/nphys2816
[29] 布莱克本AM,Loudon JC。(2014)磁螺旋相位板的涡旋光束产生和对比度增强。超微显微镜136、127-143。(doi:10.1016/j.超微.2013.08.009)·doi:10.1016/j.ultramic/2013.08.009
[30] Yang YJ、Thirunavukkarasu G、Babiker M、Yuan J.提交。手征旋转对称原理和电子涡旋束。
[31] Clark CW、Barankov R、Huber MG、Arif M、Cory DG、Pushin DA(2015)《控制中子轨道角动量》。《自然》525504-506。(doi:10.1038/nature15265)·doi:10.1038/nature15265
[32] Lembessis VE、Ellinas D、Babiker M、Al-Dossary O(2014)《原子涡旋束》。物理学。版次A 89,053616。(doi:10.103/PhysRevA.89.053616)·doi:10.1103/PhysRevA.89.053616
[33] Nye JF,Berry MV.(1974)波列中的位错。程序。R.Soc.伦敦。A 336165-190。(doi:10.1098/rspa.1974.012)·Zbl 0289.76046号 ·doi:10.1098/rspa.1974.0012
[34] Plick WN,Krenn M,Fickler R,Ramelow S,Zeilinger A.(2013)椭圆对称光的量子轨道角动量。物理学。版次A 87,1-9。(doi:10.1103/PhysRevA.87.033806)·doi:10.1103/PhysRevA.87.033806
[35] Harris J、Grillo V、Mafakheri E、Gazzadi GC、Frabboni S、Boyd RW、Karimi E.(2015)《结构化量子波》。自然物理学。11, 629-634. (doi:10.1038/nphys3404)·doi:10.1038/nphys3404
[36] Beijersbergen MW,Allen L,van der Veen HELO,Woerdman JP.(1993)《散光激光模式转换器和轨道角动量传递》。选择。Commun公司。96, 123-132. (文件编号:10.1016/0030-4018(93)90535-D)·doi:10.1016/0030-4018(93)90535-D
[37] Juchtmans R,BéchéA,Abakumov A,Batuk M,Verbeeck J.(2015)使用电子涡旋束确定透射电子显微镜中晶体的手性。物理学。版次B 91,094112。(doi:10.1103/PhysRevB.91.094112)·doi:10.1103/PhysRevB.91.094112
[38] Lloyd S,Babiker M,Yuan J.(2012)电子涡旋与物质相互作用中的量子化轨道角动量转移和磁二色性。物理学。修订稿。108, 074802. (doi:10.1103/PhysRevLett.108.074802)·doi:10.1103/PhysRevLett.108.074802
[39] 袁J,Lloyd SM,Babiker M.(2013)手性特定电子-涡旋-束光谱。物理学。修订版A 88,031801。(doi:10.1103/PhysRevA.88.031801)·doi:10.1103/PhysRevA.88.031801
[40] Rusz J,Bhowmick S.(2013)有效使用电子涡旋束测量磁性的边界。物理学。修订稿。111, 105504. (doi:10.1103/PhysRevLett.111.105504)·doi:10.1103/PhysRevLett.111.105504
[41] Jesacher A,Fürhapter S,Bernet S,Ritsch-Marte M.(2005)螺旋相位对比显微镜中的阴影效应。物理学。修订稿。94, 233902. (doi:10.103/PhysRevLett.94.233902)·doi:10.1103/PhysRevLett.94.233902
[42] Verbeeck J,Tian H,Van Tendloo G.(2013)如何用电子束操纵纳米粒子?高级主管。25, 1114-1117. (doi:10.1002/adma.201204206)·doi:10.1002/adma.201204206
[43] Gnanavel T,Yuan J,Babiker M.(2012)在像差校正TEM中观察亚10 nm涡旋电子束下的金纳米粒子运动。程序中。第15届欧洲显微镜大会。二、。英国曼彻斯特:皇家显微镜学会。请参见http://www.emc2012.org/documents/Abstracts/Abstractions/emc2012_1082.pdf。
[44] Lloyd SM,Babiker M,Yuan J.(2012)电子涡旋和光学涡旋与物质的相互作用以及轨道角动量交换过程。物理学。版次A 86,023816。(doi:10.1103/PhysRevA.86.023816)·doi:10.1103/PhysRevA.86.023816
[45] Simpson NB、Dholakia K、Allen L、Padgett MJ。(1997)光的自旋和轨道角动量的机械等效:光学扳手。选择。莱特。22, 52-54. (doi:10.1364/OL.22.000052)·doi:10.1364/OL.22.000052
[46] Fetter AL.(2001)捕获的稀玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋。《物理学杂志》。康登斯。物质13,R135-R194。(doi:10.1088/0953-8984/13/12/201)·doi:10.1088/0953-8984/13/12/201
[47] Karimi E,Grillo V,Boyd RW,Santamato E.(2014)多极磁场产生自旋极化电子束。超微显微镜138、22-27。(doi:10.1016/j.超微.2013.12.002)·doi:10.1016/j.ultramic.2013.12.002
[48] Karimi E,Giovannini D,Bolduc E,Bent N,Miatto FM,Padgett MJ,Boyd RW。(2014)通过Hong-Ou-Mandel干涉探索光子径向自由度的量子本质。物理学。版本A原子。摩尔Opt。物理学。89, 1-5. (doi:10.1103/PhysRevA.89.013829)·doi:10.1103/PhysRevA.89.013829
[49] Abramochkin E,Volostnikov V.(1991)光束变换和非变换光束。选择。Commun公司。83, 123-135. (doi:10.1016/0030-4018(91)90534-K)·doi:10.1016/0030-4018(91)90534-K
[50] Schattschneider P,Verbeeck J.(2011)自由电子涡旋理论。超微显微镜1111461-1468。(doi:10.1016/j.超微。2011.07.004)·doi:10.1016/j.ultramic.2011.07.004
[51] Shiloh R,Tsur Y,Remez R,Lereah Y,Malomed BA,Shvedov V,Hnatovsky C,Krolikowski W,Arie A.(2015)揭示电子束的轨道角动量和加速度。物理学。修订稿。114, 096102. (doi:10.1103/PhysRevLett.114.096102)·doi:10.1103/PhysRevLett.114.096102
[52] Karimi E、Boyd RW、de la Hoz P、de Guise H、ŘHáckek J、Hradil Z、Aiello A、Leuchs G、Sánchez-Soto LL。(2014)拉盖尔-高斯模的径向量子数。物理学。版次A 89,063813。(doi:10.1103/PhysRevA.89.063813)·doi:10.1103/PhysRevA.89.063813
[53] Greenshields C,Stamps RL,Franke-Arnold S.(2012)电子的真空法拉第效应。新J.Phys。14, 103040. (doi:10.1088/1367-2630/14/10/103040)·Zbl 1448.78014号 ·数字对象标识代码:10.1088/1367-2630/14/10/10340
[54] Guzzinati G、Schattschneider P、Bliokh KY、Nori F、Verbeeck J.(2013)《电子涡旋束拉莫尔和古伊旋转的观测》。物理学。修订稿。110, 093601. (doi:10.1103/PhysRevLett.110.093601)·doi:10.1103/PhysRevLett.110.093601
[55] Schattschneider P、Schachinger T、Stöger-Pollach M、Löffler S、Steiger-Thirsfeld A、Bliokh KY、Nori F.(2014)《自由电子Landau态动力学成像》。国家公社。5, 4586. (doi:10.1038/ncomms5586)·doi:10.1038/ncomms5586
[56] Greenshields CR,Stamps RL,Franke-Arnold S,Barnett SM.(2014)电子的角动量在均匀磁场中守恒吗?物理学。修订稿。113, 240404. (doi:10.1103/PhysRevLett.113.240404)·doi:10.103/物理通讯.113.240404
[57] Babiker M,Yuan J,Lembessis VE.(2015)静磁场作用下的电子涡旋束。物理学。版次A 91,013806。(doi:10.1103/PhysRevA.91.013806)·doi:10.1103/PhysRevA.91.013806
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。