Последние достижения в области электронной голографии позволяют создавать "скульптурные" электронные пучки с заданной формой интенсивности. Эти структурированные вихри открывают невиданные ранее возможности для изучения материи и разработки нанотехнологий. Присоединяйтесь к захватывающему путешествию в мир закрученных электронов!
В последние годы в науке произошёл настоящий прорыв - были открыты и изучены электронные вихри. Это особые пучки электронов, которые не просто летят вперёд, а ещё и закручиваются по спирали, неся угловой орбитальный момент. Благодаря этому уникальному свойству, вихревые электроны стали мощным инструментом для исследования микроструктуры и свойств различных материалов.
Но как заставить электроны танцевать вальс? Оказывается, нужно всего лишь взглянуть на них как на волны, похожие на световые. Ведь ещё в 1992 году учёные обнаружили, что лучи света тоже могут нести орбитальный момент. Значит и электронами, как заряженными частицами, можно управлять подобным образом. Так родилась идея создания электронных вихрей.
Поначалу для закрутки электронов использовали спиральные фазовые пластинки из плёнок графита. Затем учёные придумали и другие методы: голографические маски, искажения магнитных линз, магнитные иглы. Всё это позволило не только получать вихревые пучки с нужным моментом, но и управлять их взаимодействием с веществом и полями.
Однако традиционные электронные вихри имели один недостаток - их интенсивность всегда распределена в виде простого кольца. Это ограничивало возможности применения вихрей на практике. Но авторы нового исследования нашли способ создавать структурированные вихри с произвольной формой интенсивности. Секрет оказался в локальном изменении фазы волны электрона.
Используя специальные компьютерные голограммы и фазовые маски, учёные научились "лепить" из электронов вихри в форме трилистника, спирали и даже стрелок. Более того, они изучили уникальные "лепестковые" картины, возникающие при наложении вихрей с разной закруткой. Эти удивительные узоры подтверждают квантовую природу электронов и их подчинение законам топологии.
Данное исследование не только расширяет наши фундаментальные знания, но и открывает новые практические возможности. Структурированные электронные вихри могут стать универсальным квантовым зондом для микроскопии, помогут управлять наночастицами, возбуждать плазмоны на поверхности и даже "печатать" наноструктуры без сканирования пучка. А главное, такой подход применим и к другим частицам - нейтронам, протонам, атомам и молекулам.
Исследование структурированных электронных вихрей - это новое слово в физике и нанотехнологиях. Возможность управлять формой и интенсивностью пучков частиц открывает перед нами невероятные перспективы. Быть может, совсем скоро с помощью "скульптурных" электронов мы научимся с невиданной точностью изучать и преобразовывать материю на самом фундаментальном уровне. Так что, как говорится, следите за вихрями! Будущее рождается в вихре научных открытий.
Источник:
DOI: 10.29026/oea.2024.230184
-------------------------------------
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте лайк или напишите комментарий, а также подписывайтесь на наши страницы на других площадках, в том числе на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
