Een drietal onderzoekers van de Universiteit van Göttingen, Université de Technologie de Troyes en Université Paris-Saclay, heeft een theoretisch pad ontwikkeld naar gepolariseerde elektronenstraal-nanospectroscopie. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfysica , Hugo Lourenço-Martins, Davy Gerard en Mathieu Kociak, een theorie schetsen waarbij een verband wordt gelegd tussen gepolariseerde optische spectroscopie en verstrooiing van vrije elektronen. David Masiello van de Universiteit van Washington heeft een artikel in News &Views gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin het werk van de onderzoekers wordt geschetst.

Elektronenspectroscopie wordt gebruikt om de elektronische structuur van atomen en moleculen te bestuderen. Het kan ook worden gebruikt om de dynamiek van dergelijke structuren te bestuderen. De technologie is gebaseerd op het analyseren van de energieën die worden uitgezonden door elektronen. Maar zoals Masiello opmerkt, een probleem met elektronenspectroscopie is dat zonder polarisatie, het is niet in staat om dezelfde soort functies te bieden als optische spectroscopie. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben een verband gevonden tussen optische spectroscopie (dat wil zeggen gepolariseerd) en de verstrooiing van vrije elektronen - een bevinding die de mogelijkheid van gepolariseerde elektronenstraal-nanospectroscopie suggereert. Om deze relatie te vinden, ze concentreerden hun inspanningen op de dubbele tegengestelde limieten die optreden tijdens verstrooiing van vortex-elektronenstralen die niet-gelokaliseerde doelen hebben. Ze begonnen door te kijken naar de limiet van de brede taille en vervolgens naar de limiet van de smalle taille (waar de laser heel duidelijk was gefocust). Vervolgens gingen ze verder met een analyse van inelastische elektronenverstrooiing onder verschillende scenario's. Door dit te doen, ze ontdekten dat virtuele fotonen worden verwisseld wanneer een wervelstraal van vrije elektronen op een doelwit wordt afgevuurd, onthullen een verband tussen inelastische verstrooiing van scalaire elektronengolven en gepolariseerde optische spectroscopie. Vervolgens bedachten ze een wiskundige formule om het gepolariseerde signaal voor verlies van elektronen en energie te beschrijven, die ze gebruikten om de kans op energieverlies af te leiden.

Het resultaat van hun werk toonde aan dat energieverlies tijdens spectroscopie het mogelijk maakt om de gepolariseerde elektromagnetische dichtheid van toestanden te meten (met name de spintoestand) - en dat suggereert dat energieverlies in dergelijke systemen kan worden gebruikt om problemen met nano-optica aan te pakken, mogelijk leidend tot gepolariseerde elektronenstraal-nanospectroscopie.

© 2021 Science X Network