Физики превратили электронный луч в штопор, Hi-Tech

Закрученный луч. Иллюстрация авторов исследования

Ученым впервые удалось закрутить луч электронов - получить пучки с ненулевым орбитальным угловым моментом. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит physicsworld.com.

Ученым ранее уже удавалось получать лучи света с ненулевым орбитальным моментом, в которых гребни волн описывают винтовую поверхность, напоминающую обычный штопор. Для этого фотоны пропускались через спиральную фазовую пластинку, обычно изготавливаемую из кремния при помощи литографии (примерно так же, как печатаются компьютерные чипы). Поверхность пластины (на которую можно посмотреть тут) не горизонтальна, причем угол наклона касательной плоскости к точке зависит от толщины пластины в этом месте.

С электронным лучом можно было бы поступить так же, однако максимальная толщина такой пластинки не должна превышать 100 нанометров - создавать подобные структуры ученые пока не умеют. Чтобы преодолеть эту трудность, исследователи отказались от гладкой формы пластинки и сделали ее ступенчатой. В качестве материала использовалась медная матрица с углеродным покрытием, в которую были помещены куски графита различной высоты.

Непосредственно для эксперимента ученые использовали электронный пучок с энергией 300 килоэлектронвольт. Пучок разделялся на две половины: одна проходила через графитовую фазовую пластинку, а вторая оставалась нетронутой. После этого два луча сводили в один и направляли на экран. Анализ изображения (дифракционной картины) позволил установить, что электронный пучок действительно закручивался по спирали.

По словам исследователей, подобные электронные лучи могут оказаться крайне полезны в электронной микроскопии. Дело в том, что в настоящее время для получения изображения анализируется интенсивность электронного пучка. Физики полагают, что в закрученных пучках можно будет получать информацию и о фазе отраженного от объекта электронного луча. Как следствие - полученные таким образом изображения будут более четкими.