論文の概要: Simulating Microwave-Controlled Spin Imaging with Free-Space Electrons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.20852v1
- Date: Tue, 24 Feb 2026 12:48:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-25 17:34:53.750041
- Title: Simulating Microwave-Controlled Spin Imaging with Free-Space Electrons
- Title（参考訳）: 自由空間電子を用いたマイクロ波制御スピンイメージングのシミュレーション
- Authors: Santiago Beltrán-Romero, Stefan Löffler, Dennis Rätzel, Philipp Haslinger,
- Abstract要約: コヒーレントスピン共鳴技術は、スピンダイナミクスに関するスペクトル的に解決された情報を提供することによって、非侵襲的なイメージングに革命をもたらした。
我々は、透過電子顕微鏡(TEM)におけるスピン共鳴分光(SRS)の理論的枠組みを確立する。
この技術はマイクロ波ポンプ場と集束電子プローブビームを組み合わせることで、原子スケールでの状態選択型スピンイメージングを可能にする。
- 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: Coherent spin resonance techniques, such as nuclear and electron spin resonance spectroscopy, have revolutionized non-invasive imaging by providing spectrally resolved information about spin dynamics. Motivated by the recent emergence of electron microscopy methods capable of sensing microwave-excitations, we establish a theoretical framework for Spin Resonance Spectroscopy (SRS) in transmission electron microscopy (TEM). This technique combines microwave pump fields with focused electron probe beams to enable state-selective spin imaging at the atomic scale. Using scattering theory, we model the interaction between free-space electrons and electron spin systems, capturing both elastic and inelastic processes. The strongest effect of the spin system on the free electron is a magnetic phase shift. Our simulations demonstrate that phase shifts from individual electron spins are detectable in both image mode and diffraction mode. In principle, differential measurements under microwave control allow the extraction of local resonance frequencies that are influenced by the surrounding spin environment. By evaluating the Classical Fisher Information (CFI), we identify imaging conditions that maximize the signal-to-noise ratio (SNR), showing how defocus and beam width affect the measurement sensitivity. These findings establish a foundation for integrating SRS with high-resolution TEM, bridging spin spectroscopy and atomic-scale imaging, and enabling new capabilities in quantum spin research and nanoscale materials characterization.
- Abstract（参考訳）: 核や電子スピン共鳴分光のようなコヒーレントスピン共鳴技術は、スピンダイナミクスに関するスペクトル的に解決された情報を提供することで、非侵襲的なイメージングに革命をもたらした。
近年,マイクロ波励起を検知できる電子顕微鏡法が出現し,透過電子顕微鏡(TEM)におけるスピン共鳴分光(SRS)の理論的枠組みを確立した。
この技術はマイクロ波ポンプ場と集束電子プローブビームを組み合わせることで、原子スケールでの状態選択型スピンイメージングを可能にする。
散乱理論を用いて、自由空間電子と電子スピン系の相互作用をモデル化し、弾性過程と非弾性過程の両方を捉える。
自由電子に対するスピン系の最も強い効果は磁気位相シフトである。
シミュレーションにより、個々の電子スピンからの位相シフトは、画像モードと回折モードの両方で検出可能であることが示された。
原理として、マイクロ波制御下での差分測定は、周囲のスピン環境に影響される局所共鳴周波数の抽出を可能にする。
The Classical Fisher Information (CFI) を評価することにより,信号と雑音の比(SNR)を最大化する撮像条件を特定し,デフォーカスとビーム幅が測定感度に与える影響を示す。
これらの知見は、SRSを高分解能TEM、架橋スピン分光法、原子スケールイメージングと統合するための基盤を確立し、量子スピン研究およびナノスケール材料キャラクタリゼーションにおける新たな機能を実現する。
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