論文の概要: Strong inelastic scattering of slow electrons by optical near fields of small nanoparticles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.07504v1
• Date: Thu, 15 Jul 2021 17:57:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-22 05:14:22.850193
• Title: Strong inelastic scattering of slow electrons by optical near fields of small nanoparticles
• Title（参考訳）: ナノ粒子の光近接場による低速電子の強非弾性散乱
• Authors: Germann Hergert, Andreas Woeste, Petra Gross, and Christoph Lienau
• Abstract要約: 微小ナノ構造の近接場による低速電子の非弾性散乱について検討する。 弱体の場合、これは異なる角度の回折パターンをもたらす。 強磁場の場合、電子軌道に沿った近接場成分による散乱は、エネルギースペクトルを複数の光子秩序に分解する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The interaction of swift, free-space electrons with confined optical near fields has recently sparked much interest. It enables a new type of photon-induced near-field electron microscopy, mapping local optical near fields around nanoparticles with exquisite spatial and spectral resolution and lies at the heart of quantum state manipulation and attosecond pulse shaping of free electrons. The corresponding interaction of optical near fields with slow electrons has achieved much less attention, even though the lower electron velocity may enhance electron-near-field coupling for small nanoparticles. A first-principle theoretical study of such interactions has been reported very recently [N. Talebi, Phys. Rev. Lett. 125, 080401 (2020)]. Building up on this work, we investigate, both analytically and numerically, the inelastic scattering of slow electrons by near fields of small nanostructures. For weak fields, this results in distinct angular diffraction patterns that represent, to first order, the Fourier transform of the transverse variation of the scalar near-field potential along the direction perpendicular to the electron propagation. For stronger fields, scattering by the near-field component along the electron trajectory results in a break-up of the energy spectrum into multiple photon orders. Their angular diffraction patterns are given by integer powers of the Fourier transform of the transverse potential variation and are shifting in phase with photon order. Our analytical model offers an efficient approach for studying the effects of electron kinetic energy, near field shape and strength on the diffraction and thus may facilitate the experimental observation of these phenomena by, e.g., ultrafast low-energy point-projection microscopy or related techniques. This could provide simultaneous access to different vectorial components of the optical near fields of small nanoparticles.
• Abstract（参考訳）: 高速で自由空間の電子と光学的近接場との相互作用は、最近多くの関心を呼んだ。 これは新しいタイプの光子誘起近接場電子顕微鏡を可能にし、ナノ粒子周辺の局所光近接場を必要な空間分解能とスペクトル分解能でマッピングし、自由電子の量子状態操作とアト秒パルス整形の中心にある。 光学的近接場と遅い電子との相互作用は、低電子速度が小さなナノ粒子の電子-近接場結合を高めるとしても、はるかに注意を引いている。 そのような相互作用の第一原理理論的研究が最近報告されている[N. Talebi, Phys. Lett.125, 080401 (2020)]。 本研究を基礎として,微小ナノ構造の近接場による低速電子の非弾性散乱を解析的および数値的に検討した。 弱い磁場に対しては、電子の伝播に垂直な方向に沿ってスカラー近接場ポテンシャルの横断的変化のフーリエ変換を表す、異なる角度の回折パターンが得られる。 強磁場の場合、電子軌道に沿った近接場成分による散乱は、エネルギースペクトルを複数の光子オーダーに分解する。 これらの角の回折パターンは、逆ポテンシャル変動のフーリエ変換の整数パワーによって与えられ、光子オーダーで位相シフトしている。 解析モデルは、電子運動エネルギー、近接場形状、強度が回折に及ぼす影響を調べるための効率的なアプローチを提供し、例えば超高速低エネルギーポイントプロジェクション顕微鏡などの手法により、これらの現象の実験的観察を容易にする。 これにより、小さなナノ粒子の光学近傍の様々なベクトル成分への同時アクセスが可能になる。

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