Un trio de chercheurs de l'Université de Göttingen, Université de Technologie de Troyes et Université Paris-Saclay, a développé une voie théorique vers la nano-spectroscopie à faisceau d'électrons polarisé. Dans leur article publié dans la revue Physique de la nature , Hugo Lourenço-Martins, Davy Gérard et Mathieu Kociak, esquisser une théorie qui implique l'établissement d'une relation entre la spectroscopie optique polarisée et la diffusion des électrons libres. David Masiello de l'Université de Washington a publié un article sur News &Views dans le même numéro de revue décrivant le travail des chercheurs.

La spectroscopie électronique est utilisée pour étudier la structure électronique des atomes et des molécules. Il peut également être utilisé pour étudier la dynamique de telles structures. La technologie est basée sur l'analyse des énergies émises par les électrons. Mais comme le note Masiello, un problème avec la spectroscopie électronique est que sans polarisation, il n'est pas en mesure de fournir le même genre de fonctions que la spectroscopie optique. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont découvert une relation entre la spectroscopie optique (qui est polarisée) et la diffusion des électrons libres, une découverte qui suggère la possibilité d'une nano-spectroscopie à faisceau d'électrons polarisé. Pour trouver cette relation, ils ont concentré leurs efforts sur les doubles limites opposées qui se produisent lors de la diffusion de faisceaux d'électrons vortex ayant des cibles non localisées. Ils ont commencé par examiner la limite de la taille large, puis la limite de la taille étroite (où le laser était très clairement focalisé). Ils sont ensuite passés à une analyse de la diffusion inélastique des électrons selon divers scénarios. En faisant ainsi, ils ont découvert que les photons virtuels sont échangés lorsqu'un faisceau de vortex d'électrons libres est tiré sur une cible, révélant un lien entre la diffusion inélastique des ondes électroniques scalaires et la spectroscopie optique polarisée. Ils ont ensuite proposé une formule mathématique pour décrire le signal polarisé de perte d'énergie des électrons, qu'ils ont utilisé pour calculer la probabilité de perte d'énergie.

Le résultat de leurs travaux a montré que la perte d'énergie au cours de la spectroscopie permet de mesurer la densité électromagnétique polarisée d'états (l'état de spin en particulier) - et cela suggère que la perte d'énergie dans de tels systèmes peut être utilisée pour résoudre les problèmes liés à la nano-optique, conduisant éventuellement à une nano-spectroscopie à faisceau d'électrons polarisé.

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