論文の概要: Spin-Orbit Structure and Helicity Anomaly in Relativistic Electron Vortex Beams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.08493v1
• Date: Fri, 11 Jul 2025 11:17:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-14 18:03:54.334903
• Title: Spin-Orbit Structure and Helicity Anomaly in Relativistic Electron Vortex Beams
• Title（参考訳）: 相対論的電子渦ビームにおけるスピン軌道構造とヘリシティ異常
• Authors: Zhongze Guo, Bei Xu, Qiang Gu,
• Abstract要約: 相対論的電子渦ビーム(REVB)はその非自明なスピン軌道構造のために注目されている。 この研究は、理論と実験の両方において、REVBのさらなる探索のための理論的基礎を築いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3614518149449375
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The relativistic electron vortex beam (REVB) has attracted increasing attention due to its nontrivial spin-orbit structure recently. As relativistic electrons are governed by the Dirac equation, exact solutions to this equation provide the most reliable starting point for understanding angular momentum characteristics of REVBs. In this work, a set of exact eigensolutions of the Dirac equation are derived in a complex cylindrical coordinate system using a generalized series expansion method. We demonstrate that the eigenstate carries net angular momentum with the vortex charge being the quantum number of the total angular momentum along the propagation direction and deduce the explicit expression for the intrinsic spin-orbit coupling strength. Furthermore, we show that helicity, which exhibits anomaly in the vortex state, can serve as a practical characterizing quantity for the REVB. This work lays a theoretical foundation for further exploration of REVBs in both theory and experiment.
• Abstract（参考訳）: 相対論的電子渦ビーム(REVB)は、最近、非自明なスピン軌道構造のために注目を集めている。 相対論的電子はディラック方程式によって支配されるので、この方程式の正確な解はREVBの角運動量特性を理解するための最も信頼できる出発点となる。 本研究では、一般化直列展開法による複素円筒座標系において、ディラック方程式の正確な固有解の集合を導出する。 固有状態は、伝播方向に沿った全角運動量の量子数である渦電荷を持つ純角運動量を持ち、固有スピン軌道結合強度の明示的な表現を導出することを示した。 さらに,渦状態の異常を示すヘリシティは,REVBの実用的特徴量として有効であることを示す。 この研究は、理論と実験の両方において、REVBのさらなる探索のための理論的基礎を築いた。

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