Sequentielle Wechselwirkung niederenergetischer Elektronen mit nanostrukturierten Proben für quantensensitive Messungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Peter Hommelhoff; Professorin Dr. Nahid Talebi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525347396

Die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Elektronenstrahlen und optischen Nahfeldern in Elektronenmikroskopen hat sich in letzter Zeit massiv entwickelt. Spontane Wechselwirkungen von Elektronenstrahlen mit optischen Nahfeldern werden routinemäßig in zwei Spektroskopieszenarien wie der Kathodolumineszenz und der Elektronenenergieverlustspektroskopie eingesetzt. Auf der Seite der stimulierten Wechselwirkung wurde die Photonen-induzierte Nahfeld-Elektronenmikroskopie ebenfalls intensiv untersucht. Alle oben genannten Untersuchungen werden jedoch routinemäßig in Transmissionselektronenmikroskopen mit kinetischen Elektronenenergien um 100 keV durchgeführt. Im Gegensatz dazu sind die Dynamik langsamer Elektronen und ihre Wechselwirkungen mit Licht und Proben weniger erforscht. Besonders im Bereich unter 30 keV sind faszinierende physikalische Effekte mit wichtigen Anwendungen zu erwarten, da die routinemäßig verwendeten adiabatischen Näherungen aufgrund der Empfindlichkeit langsamer Elektronen gegenüber elektromagnetischen Wechselwirkungen zusammenbrechen könnten. Dies ist genau der Energiebereich, den eine Reihe preiswerterer und einfacher zu handhabender Rasterelektronenmikroskope mit einer großen Probenkammer bieten, die eine einfache Integration einer Vielzahl von Detektoren, Analysatoren, Elektronenoptiken und Manipulatoren in unmittelbarer Nähe der Probe ermöglicht. Die große Kammer von Rasterelektronenmikroskopen schafft die Voraussetzungen für fortgeschrittene Interferometrie-, Sequenz- und Mehrfachinteraktionsexperimente des Elektronenstrahls mit optischen Nahfeldverteilungen, die die Hauptthemen des vorliegenden Vorschlags sind. Die sequentiellen Photonen, die durch die Wechselwirkung des Elektronenwellenpakets mit zwei Wechselwirkungspunkten erzeugt werden, werden hier überlagert, um die gegenseitige Kohärenz oder sogar die Verschränkung zwischen den spontan erzeugten Photonen zu untersuchen. Auf der Seite der stimulierten Wechselwirkung wird die Wechselwirkung von Elektronenwellenpaketen mit laserinduzierten Nahfeldanregungen für die moderne Interferometrie und die Untersuchung der Rabi-Physik für langsame Elektronenwellenpakete erforscht. Der vorliegende Antrag bildet somit die Grundlage für die Selbstinterferometrie von langsamen Elektronenwellenpaketen mit mehreren Wechselwirkungspunkten, um sowohl Quantenpfadinterferenzen als auch Dekohärenzphänomene bei der Wechselwirkung von Elektronenwellenpaketen mit Licht und Nanostrukturen zu untersuchen. Insbesondere zielen wir auf das Design, die Realisierung und die Charakterisierung von Strukturen für erhöhte Elektron-Photonen-Wechselwirkungen, sowohl im Rahmen spontaner als auch stimulierter Wechselwirkungsmechanismen, um die Lichterzeugungsausbeute für fortschrittliche elektronengetriebene Photonenquellen, aber auch für die Elektronenstrahlformung und die Erzeugung von Attosekunden-Elektronenpulsfolgen zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Roy Shiloh