Ученые смогли еще сильнее «закрутить» пучок электронов
 Схематическое изображение процесса получения вихревого пучка электронов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Типичная световая волна имеет электрическое поле, вектор напряженности которого колеблется, условно говоря, «вверх» - «вниз». У простейшей волны волновой фронт представляет собой плоскость. Иными словами, если «заморозить» такую волну во времени и посмотреть на плоскости, перпендикулярные ее направлению распространения, поле в каждой точке такой плоскости будет иметь одинаковую интенсивность и направление. С так называемой «вихревой» волной дело обстоит иначе. Ее волновой фронт – поверхность в форме штопора (спирали); кроме того, луч несет орбитальный момент, причем, чем более закручена спираль, тем больше момент. Уже много лет исследователи используют световые пучки с орбитальным моментом, чтобы привести в движение, к примеру, наночастицы.
Электроны обладают волновыми свойствами, аналогичными свойствам света. Около пяти лет назад несколько научных групп независимо друг от друга получили электронные пучки с орбитальным моментом. Поскольку луч получается заряженным, существование орбитального момента приводит к появлению циркулирующего электрического тока, который создает магнитное поле, параллельное направлению распространения луча. Исследователи планировали использовать такие пучки для изучения магнетизма на атомароном масштабе, но до сих пор исследователям не удавалось создать пучки с большим значением орбитального момента. Совместная группа ученых из University of Ottawa (Канада) и National Research Council (CNR, Италия) преодолела это ограничение.
Стандартный метод создания вихревого пучка электронов подразумевает использование оптической дифракционной решетки – барьера с серией близко расположенных щелей. Свет, проходящий через решетку, формирует в определенных направлениях лучи, где вектора электрического поля световых волн, приходящих из всех щелей, направлены в одну и ту же сторону, усиливая друг друга. Обычная решетка создает пучки с плоскими фронтами. Для получения спиральных волновых фронтов исследователи использовали более сложные решетки, в которых щели в некоторых областях немного сдвинуты в плоскости. Эти небольшие сдвиги влияют на относительную синхронизацию света, выходящего из разных областей решетки. Каждая из областей по-прежнему будет формировать свет с плоским волновым фронтом, но сочетание этих лучей имеет спиралевидный фронт, т.е. обладает орбитальным моментом.
Первые демонстрации этой техники с электронами использовали обычные дифракционные решетки, которые блокировали частицы между щелями, снижая интенсивность луча. Но около года назад упомянутая группа исследователей продемонстрировала иную технику с применением так называемой фазовой решетки, что позволило пропустить через барьер значительно больше электронов (этот тип решетки использует вариацию толщины вещества для получения того же эффекта, что и от щелей). В предыдущей работе исследователи использовали пилообразный профиль для создания решетки. А в последней работе они применили более простой, синусоидальный профиль, что позволило обеспечить более точное структурирование, необходимое для получения пучка с орбитальным моментом.
Проведенные измерения подтвердили, что электроны в полученном таким образом пучке, имеют момент около 200 единиц, что эквивалентно тому, что волновой фронт совершает 200 оборотов за время прохождения расстояния, равного одной длине волны. Это в два раза превосходит параметры луча, полученного ранее, при том что новый луч в 30 раз интенсивнее.
Как отмечают ученые, электронный микроскоп с использованием таких пучков сможет отображать намагниченность материалов на наноуровне, что откроет новые возможности для исследований.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Предложено устройство для концентрации энергии магнитного поля
- Фотонный чип позволяет фиксировать единичные фотоны
- Солнечные ячейки CQD становятся «иерархическими»
- Распространение поверхностных плазмонов-поляритонов зависит от формы сечения нанопроволоки
- Дефекты повышают фотолюминесценцию двумерных полупроводников
Источники: