Spin‐multislice simulation of an electron inside the objective lens of a TEM
Notice bibliographique
Résumé
Spin filtering of an unpolarized beam in a TEM is a fascinating field of research. Bohr conjectured that it is impossible to spin filter an electron beam or, using Bohr words, “to observe the spin of the electron, separated fully from its orbital momentum, by means of experiments based on the concept of classical particle trajectories”[1]. However, the principle seems to be violated by theoretical calculations [2,3]. One of the most convincing proposals for free electron polarization is a multipolar Wien filter. But the fields involved are typically very large [2] while multipolar Wien filters in microscopy are still rare. The device, together with the diffractive elements, is called as “q‐filter” where q hints at the topologic charge of the field. The objective lens of the microscope provides a very large field with the potentiality of introducing a spin‐orbit coupling, we performed spin‐multislice simulations [4], where a Bessel beam was propagated through the objective lens (modeled as a Glaser field) in order to quantify the degree of spin polarization. We will discuss in particular that the spin‐orbit conversion in the pre‐ and post‐field can be understood in terms of the q‐filter. Fig 1 a shows on the left a scheme of the objective lens and of the electron wavefunction (blue) passing through it. A schematic “Bohmian” trajectory is indicated by a curve. The image also features arrows indicating the classical spin orientation along the curve for an initial state with spin |↑> along the optic axis. The fig 1b indicates the multislice calculated evolution of the wavefunction. While the expectation value of the spin operator S has components < S x >=< S y > =0 we can track the expectation of the x,y vector P=(S.r,S.t) (with r being the in plane position versor and t its orthogonal in plane versor). The result is shown in fig 2. P represents a sort of local in plane projection of the spin operator. To a good degree of approximation here |P| is equal to the rate of conversion from |↑> to |↓>. The results indicates a net, typically weak , increase of P as an effect of the objective lens . The overall final wavefunction is described in Fig 3 as a non‐separable spin‐orbital angular momentum state. The multislice results are in quantitative agreement with ray tracing calculations, confirming the reliability of both methods in this case. However, the multislice approach enables us to use less classical states like Laguerre Gauss beams, to explore possible advantages and more quantum physical effects.
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| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
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