[发明专利]可调式带电粒子涡旋束发生器及方法

说明书

本发明涉及一种用于产生具有可调式轨道角动量的带电粒子束的装置。所述装置首先包括用于提供带电粒子束的一个或多个组件。所述装置的特征进一步在于用于在操作期间对带电粒子束给予可调式轨道角动量的电布置。通过调整电流的量，所生成的带电粒子涡旋束的轨道角动量是可调的。通过使电流的方向反转，所生成的带电粒子涡旋束的手性是可切换的。通过本发明的带电粒子涡旋束的产生不依赖于带电粒子束的能量。通过本发明的带电粒子涡旋束的产生是可预测的且可再现的。

技术领域

本发明涉及一种可以对带电粒子束给予轨道角动量的带电粒子涡旋束发生器和用于产生带电粒子涡旋束的方法。所述装置包括用于提供带电粒子束的一个或多个组件。所述装置进一步包括用于对带电粒子束给予轨道角动量的部件。这样的装置产生带电粒子涡旋束。

背景技术

带电粒子是具有电荷的粒子。基本粒子(比如电子、质子、正电子)是带电粒子。带电粒子可以是其中电子相对于质子盈余或亏空的分子或原子。进一步的例子是阿尔法粒子。

术语带电粒子涡旋束是指具有围绕其传播轴的轨道角动量不同于零并且可能被量化的性质的自由束。光学涡旋已经铺平了道路，显示许多不同的应用，比如用于各种应用(包括显微操作、相衬成像、经典的量子通信)的光镊和扳手[David L Andrews和MohamedBabiker.The angular momentum of light,Cambridge University Press,2012年]。类似的成功可以在电镜术中达到，在电镜术中，可以使用电子涡旋束来调查材料在原子分辨率或接近原子的分辨率上的磁性行为，以操纵纳米粒子或者测量显微镜光学参数[Ondrej LKrivanek、Jan Rusz、Juan-Carlos Idrobo、Tracy J Lovejoy和Niklas Dellby.Towardsingle mode,atomic size electron vortex beams.Microscopy and Microanalysis,20(03):832–836,2014年]。类似于光学器件[Alexander Jesacher、Severin Fürhapter、Stefan Bernet和Monika Ritsch-Marte.Shadow effects in spiral phase contrastmicroscopy,Physical Review Letters,94(23):233902,2005年；Stefan Bernet、Alexander Jesacher、Severin Fürhapter、Christian Maurer,和Monika Ritsch-Marte.Quantitative imaging of complex samples by spiral phase contrastmicroscopy.Optics Express,14(9):3792–3805,2006年；Severin Fürhapter、AlexanderJesacher、Christian Maurer、Stefan Bernet和Monika Ritsch-Marte.Spiral phasemicroscopy.Advances in Imaging and Electron Physics,146:1–56,2007年]，还设想能够改进具有低吸收衬度的生物样品的衬度的相位板的制作[A.M.Blackburn和J.C.Loudon.Vortex beam production and contrast enhancement from a magneticspiral phase plate.Ultramicroscopy,136(0):127–143,1 2014年]。