Electron vortex beams: an in-depth theoretical study

Datum: 24 maart 2016

Locatie: UAntwerpen, Campus Drie Eiken, Promotiezaal Q0.02 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk

Tijdstip: 16 uur

Promovendus: Ruben Van Boxem

Promotor: Jo Verbeeck & Bart Partoens

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Ruben Van Boxem - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Een elektronenmicroscoop, net zoals de gewone lichtmicroscoop, kan gebruikt worden om voorwerpen te vergroten. Door gebruik te maken van elektronen kunnen atomen gevisualiseerd worden, en kunnen eigenschappen op atomaire schaal rechtstreeks gemeten worden. Dit gebeurt door een elektronenbundel te focusseren ter grootte van een vlekje dat kleiner is dan een atoom. Dit werk handelt over deze vlek om te vormen in een speciale ringvorm, door de elektronenbundel te transformeren in een vortexbundel.

Deze elektronvortexbundels vormen een fundamentele kwantumtoestand die unieke eigenschappen vertoont zoals orbitaal draaimoment. Deze eigenschappen beïnvloeden de manier waarop deze elektronen interageren met materie. Door dit bijkomend draaimoment wordt verwacht dat deze bundels eigenschappen zoals magnetische velden kunnen doen oplichten en hiervan een beeld kunnen vormen met details tot op de afmetingen van de atomen zelf.

Enkele van de eerste, fundamentele stappen in de theorie werden behandeld in deze thesis, waaronder hoe een vortexelektron verstrooit op een atoom, en hoe het gekanaliseerd wordt als het tegen hoge snelheid door een kristal vliegt (en wat dit allemaal ons leert over het materiaal in kwestie). Naast een grondig inzicht te verschaffen in de mechanica van het systeem, laat de (semi-)analytische aanpak die gepresenteerd wordt in deze thesis toe om vanuit de basis toekomstige experimenten te ontwerpen. Dit leidt hopelijk tot verbeterde elektronenmicroscopietechnieken in de nabije toekomst die gebruik maken van elektronvortextransformaties en het inzicht verworven in dit werk.