电子束穿过球形纳米颗粒：解析与数值处理

我们提出一种基于Mie理论的解析解，用于描述球形纳米颗粒与附近及穿过其中的电子相互作用时的能量损失与光子发射概率，涵盖阴极发光与电子能量损失谱两种情形。我们特别关注穿透电子轨迹的情况，对此迄今尚未见完整的全电动力学与相对论形式体系报道。我们通过对一个色散且有损耗系统（即由Drude介电常数描述的球体）的计算，展示了该方法在描述物质中集体激发方面的效率。随后，我们利用该解析解佐证在最先进电动力学数值方法——间断伽辽金时域（DGTD）方法中电子束源的实现。我们表明两种途径产生的谱相互吻合良好，并通过表面粗糙球形纳米颗粒的模拟展示了DGTD的灵活性。同时采用两类计算（解析与数值）的可能性有助于更好地理解由快电子束激发的纳米光子结构的丰富光学响应。