The creation and quantification of electron vortex beams, towards their application

Datum: 27 september 2016

Locatie: UAntwerpen, Campus Groenenborger, V0.09 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Laura Clark

Promotor: Johan Verbeeck

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Laura Clark - Faculteit Wetenschappen, Departement Fysica



Abstract

Elektron vortex bundels zijn vrije elektron toestanden, die propageren langs een as, en een baanimpulsmoment (OAM) rond die as bezitten. In een circulair symmetrisch systeem, bezitten ze ook een 1D fase singulariteit langs deze as, en kan dit beschreven worden als Ψ = A ( r ) exp ( IKZ ) exp ( ilφ ), waarbij l een geheel getal is, verschillend van nul.  Dergelijke bundels werden pas recent geïntroduceerd in transmissie-elektronenmicroscopie en hebben mogelijk verschillende interessante toepassingen.

De eerste methodes om elektron vortex bundels te produceren hadden verschillende beperkingen - ofwel hadden de vortex bundels een lage intensiteit, waren ze niet geïsoleerd in het objectvlak, of waren ze gebaseerd methodes die moeilijk te reproduceren waren. In dit proefschrift  wordt een methode voorgesteld die deze beperkingen vermijdt, door middel van het ontregelen van de aberratie corrector (een set van multipolaire elektromagnetische lenzen, beschikbaar op sommige transmissie-elektronenmicroscopen, om de sferische aberratie die inherent is aan elektromagnetische lenzen te beperken). Er wordt aangetoond dat deze methode goed gedefinieerde elektron vortex bundels produceert met een redelijke intensiteit, maar met als nadeel een verminderde zuiverheid van de OAM-modes.

Na het ontwikkelen van een nieuwe methode om elektron vortex bundels te produceren, is  het belangrijk om praktische OAM meetmethodes op te stellen zodat de overdracht van OAM tussen bundel en object bestudeerd kan worden. In dit proefschrift wordt een experimentele techniek voorgesteld om een ​​semi-kwantitatieve meting van het OAM spectrum van een elektron vortex bundel uit te voeren als uitbreiding op bestaande methodes om de topologische lading te meten.

Vortices met topologische lading |l| > 1 zijn metastabiel, en zullen ontbinden bij storing in een constellatie van |l| = 1 vortices. De ordening van deze vortices, en hoe deze vortices deze staat bereiken is niet-triviaal en sterk afhankelijk van symmetrie. In deze thesis, wordt het effect van verschillende symmetrieën, opgelegd door aperturen, op de propagatie van elektron vortex bundels onderzocht.

De dringende nood naar het onderzoek van de propagatie van fase gestructureerde elektron golven is gekend, vanwege hun potentieel gebruik bij het verbeteren van contrast bij zwakke fase objecten, door middel van fase platen. In transmissie-elektronenmicroscopie zijn vele belangrijke klassen van materialen zwakke fase objecten (onder andere een breed spectrum van biologische materialen), terwijl ze ook bundergevoelig zijn. In dit proefschrift wordt een methode onderzocht die hoog contrast beelden produceert bij lage elektronendosis, door middel van het gebruik van een spiraalvormige faseplaat.



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