Novel applications of vortex beams and spiral phase plates in transmission electron microscopy

Datum: 23 september 2016

Locatie: UAntwerpen, Campus Groenenborger, U0.24 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Roeland Juchtmans

Promotor: Johan Verbeeck

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Roeland Juchtmans - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

De eerste experimentele demonstratie van elektron vortex bundels, vond slechts een zestal jaar geleden plaats, wat hen tot een nieuw en boeiend veld binnen elektronenmicroscopie maakt. Hun eigenschappen en potentiële toepassingen, worden nog maar pas onderzocht en veel dient nog ontdekt te worden.

Ons onderzoek ontstond vanuit de observatie van het helisch karakter van vortex bundels en de vraag of dit kan gebruikt worden om de chiraliteit van kristallen met schroefassymmetrie te detecteren. We geven analytische berekeningen die deze vraag positief beantwoorden en presenteren experimentele resultaten als een demonstratie van het concept. Deze techniek echter, is enkel toepasbaar op kristallen met oneven schroefas symmetrie.

Op zoek naar een manier om de chiraliteit van elke schroefas te bepalen, kijken we vervolgens naar spiraal-fase-plaat (SFP) beeldvorming met een annulair apertuur, waar de SFP een vortex-achtige fase geeft aan de verstrooide golf in de diffractie-ruimte. Gebaseerd op de symmetrie van het verstrooiingsproces, zullen we aantonen dat de chiraliteit inderdaad gezien kan worden aan de hand van makkelijk te interpreteren kenmerken in deze beelden.

Algemene SFP-beeldvorming, krijgt meer en meer aandacht als een techniek om de randen van laag-contrast objecten te visualiseren. Na deze te gebruiken om de chiraliteit van kristallen te meten, bestuderen we SFP-beelden door de verstrooide golf te beschrijven in een cilindrisch symmetrische basis van draaiimpuls-eigentoestanden, of vortex toestanden. We laten zien hoe SFP-beelden onmiddellijk aan de OAM-componenten van de uitgaande golf kunnen gerelateerd worden en hoe dit gebruikt kan worden om de topologische lading van vortex bundels en de magnetisatie toestand van een magnetische naald te detecteren.

Tenslotte vragen we ons af of SFP-beelden gerelateerd zijn met de gradiënt van de uitgaande golf, zoals dit ook gesuggereerd wordt in de literatuur. We zullen dit probleem analytisch aanpakken en vergelijken onze bevindingen met numerieke simulaties. Hieruit leren we hoe, in specifieke gevallen, de gradiënt inderdaad gezien kan worden van individuele SFP-beelden. Bovendien zullen we aantonen dat deze gebruikt kunnen worden om de magnetische bijdrage aan de fase-verschuiving van de uitgaande golf, te onderscheiden van de elektrostatische bijdrage en hoe SFPs mogelijkerwijs nieuwe manieren aanbiedt om de volledige uitgaande golf te reconstrueren.



Url: https://www.uantwerpen.be/nl/faculteiten/faculteit-wetenschappen/