論文の概要: Indirect multiphoton scattering between light and bulk plasmons via ultrafast free electrons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18091v1
- Date: Thu, 24 Jul 2025 04:59:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-25 15:10:42.944956
- Title: Indirect multiphoton scattering between light and bulk plasmons via ultrafast free electrons
- Title（参考訳）: 超高速自由電子による光とバルクプラズモンの間接多光子散乱
- Authors: Ruoyu Chen, Jun Li, Qiaofei Pan, Dingguo Zheng, Bin Zhang, Ye Tian, Jianqi Li, Huaixin Yang, Yiming Pan,
- Abstract要約: 超高速自由電子は、ナノスケールで電磁場とBP間の相互作用をコヒーレントに仲介できることを示す。
その結果、フェムト秒駆動の超高速電子は、体積中のバルクプラズモン励起を調節し、制御するための実行可能な経路を提供することが示された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.303354089191869
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficient coupling between light and bulk plasmons (BPs) remains a central challenge because of their inherent mode mismatch, limited penetration depth, and pronounced resonant energy mismatch between visible-range photons and BPs. In this work, we demonstrate that ultrafast free electrons can coherently mediate an interaction between electromagnetic fields and BPs at the nanoscale. An electron pulse emitted from the photocathode of ultrafast transmission electron microscope, functions as a quantum intermediary that is capable of simultaneously interacting with the laser field by multiphoton processes and BPs by perturbative scattering. Electron energy-loss spectroscopy can capture this indirect interaction, the final electron energy distribution encodes both quantum pathways arising from distinct combinations of multiphoton absorption and emission and BP scattering events. Interference among these pathways gives rise to characteristic spectral modulations, directly revealing the exchange of energy and information between photons and BPs via the electron delivery. Our results show that femtosecond-driven, ultrafast electrons provide a viable route to modulate and even control bulk plasmon excitations in a volume, thereby extending beyond the conventional nanoplasmonics schemes on manipulating surface plasmons by light. This indirect light-BP interaction paves the promising way for exploring fundamental light-matter interaction at ultrafast and nanometer scales.
- Abstract（参考訳）: 光とバルクプラズモン(BP)の効率的な結合は、固有のモードミスマッチ、透過深さの制限、および可視光子とBP間の共鳴エネルギーミスマッチにより、依然として中心的な課題である。
本研究では、超高速自由電子がナノスケールでの電磁場とBP間の相互作用をコヒーレントに仲介できることを実証する。
超高速透過電子顕微鏡の光カソードから放出される電子パルスは、多光子過程とBPの摂動散乱によりレーザー磁場と同時に相互作用できる量子中間体として機能する。
電子エネルギー損失分光法は、この間接相互作用を捉えることができ、最終的な電子エネルギー分布は、多光子吸収と発光とBP散乱の異なる組み合わせから生じる量子経路の両方を符号化する。
これらの経路間の干渉は特徴的なスペクトル変調を引き起こし、電子伝達を介して光子とBP間のエネルギーと情報の交換を直接明らかにする。
フェムト秒駆動の超高速電子は、体積中のバルクプラズモン励起を変調し、制御するための実行可能な経路を提供し、それによって、光による表面プラズモンの操作に関する従来のナノプラズモンスキームを超えて広がることを示す。
この間接的な光-BP相互作用は、超高速およびナノメートルスケールでの基本的な光-マター相互作用の探索に期待できる方法である。
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