光物理学：サブサイクル光ダイナミクスのアト秒電子顕微鏡法

光と物質の間のほとんど全ての相互作用における最初のステップは、サブ波長やサブサイクルの規模での、入射光波の光サイクルに対する電子の電気力学的応答である。従って、物質の電磁気的応答を理解し、制御することは、現代の光学やナノフォトニクスに不可欠である。電子ビームの短いドブロイ波長によってアト秒やオングストロームの規模の情報を得ることが可能になるはずだが、超高速の電子顕微鏡法や回折の時間分解能は、これまでのところフェムト秒領域が限界で、光のサイクルのスケールで基本的な物質応答を記録するには不十分であった。今回我々は、透過型電子顕微鏡法の時間分解能を、励起光の1サイクル内の光学応答のアト秒に向上させた。我々は、連続波レーザーを適用して電子波動関数を変調し、連続した高速電子パルスを生成するとともに、エネルギーフィルターを用いて、物質内やその周辺の電磁近接場を時空間的な動画として解像した。ナノ構造化された針の先端部、誘電体共振器、メタマテリアルアンテナでの実験によって、カイラル表面波の指向性放出、双極子ダイナミクスと四極子ダイナミクスの間の遅延、サブルミナル埋め込み型導波路場、対称性の破れたマルチアンテナ応答が明らかになった。今回の結果は、電子顕微鏡法とアト秒レーザー科学を組み合わせて、光と物質の相互作用を、時空間におけるそれらの基本的な規模の観点から理解することの価値を示している。

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