光物理学：光学ウィスパリングギャラリーモードによる自由電子の制御

自由電子ビームは微視的な構造や組成の汎用プローブであり、固体物理学から構造生物学まで複数の分野において原子スケールの撮像に極めて大きな進歩をもたらしてきた。この10年間で、光場を用いた電子の操作と電子と光場の相互作用によって、撮像法、近接場電子加速、時空間分解能の高い四次元顕微鏡法が大きく進歩した。しかし、電子ビームと光学励起の結合は通常非常に弱く、電子の制御とセンシングにおける新たな応用では、目的に応じて調節した場と相互作用を使って大幅に増強する必要がある。今回我々は、自由電子ビームと進行波空洞共振器モードを結合させた。誘電体微小共振器の光学ウィスパリングギャラリーモードとの相互作用の増強によって、共伝播している電子に強い位相変調が誘起され、これによって数百個の光子の吸収と放出に相当する700 eVのスペクトル広がりが生じた。我々は、極めて短い電子パルスとの近接場相互作用を時空間的にマッピングすることで、フェムト秒励起の後の微小共振器の寿命を追跡し、この共振器のスペクトル応答を観測した。こうした典型的な光学モードと自由電子の自然な整合によって、電子顕微鏡法における集積フォトニクス技術の応用が可能になり、これはアト秒構造化、量子エミッターのプロービング、電子と光のエンタングルメントの可能性に、幅広い影響を及ぼす。

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