論文の概要: Magnetically assisted spin-resolved electron diffraction: Coherent control of spin population and spatial filtering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.15615v1
- Date: Tue, 17 Feb 2026 14:43:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-18 16:03:18.091587
- Title: Magnetically assisted spin-resolved electron diffraction: Coherent control of spin population and spatial filtering
- Title（参考訳）: 磁気支援スピン分解電子回折:スピン集団のコヒーレント制御と空間フィルタリング
- Authors: Sushanta Barman, Kuldeep Godara, Sudeep Bhattacharjee,
- Abstract要約: 自己一貫性を持つマクスウェル・パウリ・フレームワークは、磁場の存在下でナノ粒子からのスピン分解電子回折を研究するために開発された。
数値シミュレーションにより、電子確率電流によって生じる固有磁場は、測定可能なスピン混合を誘導するには、桁違いに弱すぎることが示されている。
提案手法は、スピン分解自由電子ビームの空間的可変分離を可能にし、コヒーレントスピン回転、制御、干渉計のための全磁性経路を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Electron diffraction from nanogratings provides a platform for free-electron interferometry, yet controlled manipulation of electron spin in such geometries remains largely unexplored. In particular, the role of the self-generated magnetic field arising from electron motion and the feasibility of coherent spin control without disrupting diffraction coherence have not been quantitatively investigated. In this article, a self-consistent Maxwell-Pauli framework is developed to study spin-resolved electron diffraction from nanogratings in the presence of magnetic fields. The model incorporates geometric confinement, image-charge interactions, self-generated magnetostatic fields, and externally applied magnetic fields. Numerical simulations show that the intrinsic magnetic self-field produced by the electron probability current is several orders of magnitude too weak to induce measurable spin mixing, demonstrating that nanogratings act as spin-conserving beam splitters under field-free conditions. When a uniform magnetic field is applied upstream of the nanograting, coherent Larmor precession enables controlled spin rotation without modifying the diffraction geometry or degrading coherence. The magnetic field required for a $π$ spin rotation scales inversely with the interaction length and electron de Broglie wavelength $λ_{dB}$. Furthermore, a downstream nonuniform magnetic field applied after the nanograting imparts a spatially varying Zeeman phase, producing opposite transverse momentum shifts for the two spin components. The spin-dependent transverse dynamics is analyzed using Husimi Q-function phase-space maps, which visualize spin-dependent population redistribution and momentum separation. The proposed approach enables tunable spatial separation of spin-resolved free electron beams and establishes an all-magnetic route for coherent spin rotation, control, and interferometry.
- Abstract（参考訳）: ナノグレーションからの電子回折は、自由電子干渉法のためのプラットフォームを提供するが、そのような幾何学における電子スピンの制御は、ほとんど未解明のままである。
特に、電子運動による自己生成磁場の役割と、回折コヒーレンスを乱すことなくコヒーレントスピン制御の実現可能性について、定量的に研究されていない。
本稿では、磁場存在下でのナノ粒子からのスピン分解電子回折を研究するために、自己共役のマクスウェル・パウリフレームワークを開発した。
このモデルは、幾何学的閉じ込め、イメージチャージ相互作用、自己生成の静磁場、および外部に応用された磁場を含む。
数値シミュレーションにより、電子確率電流によって生じる固有磁場は、測定可能なスピン混合を誘導するには桁違いに弱すぎることが示され、ナノゲージが無場条件下でスピン保存ビームスプリッタとして機能することが示されている。
ナノグレーティングの上流に均一な磁場が印加されると、コヒーレントラーモアの偏極は、回折幾何学を変更したりコヒーレンスを劣化させたりすることなく、制御されたスピン回転を可能にする。
π$スピン回転に必要な磁場は相互作用長と電子デブロリー波長$λ_{dB}$と逆向きにスケールする。
さらに、ナノグレーティング後に印加される下流非一様磁場は、空間的に変化するゼーマン相を付与し、2つのスピン成分に対して逆の運動量シフトを発生させる。
スピン依存的集団再分配と運動量分離を可視化するフシミQ関数位相空間マップを用いてスピン依存的逆ダイナミクスを解析する。
提案手法は、スピン分解自由電子ビームの可変空間分離を可能にし、コヒーレントスピン回転、制御、干渉計のための全磁性経路を確立する。
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