在像差校正扫描透射电子显微镜中由原子尺寸涡旋光束激发的拓扑荷 \pm1 的柱上 2p 束缚态

原子尺寸涡旋光束在探测原子尺度的材料磁矩方面具有巨大潜力。然而，涡旋光束有限的景深限制了螺旋相位前得以保持的探测深度。另一方面，晶体中的电子沟道效应可以抵消光束发散，并在不破坏其拓扑荷的情况下延伸涡旋光束。具体而言，在本文中，我们报道了拓扑荷为 \pm1 的原子涡旋光束可以耦合到 2p 柱状束缚态，并传播超过 50 nm 而不发生色散且不丧失其螺旋相位前。我们给出了 2p 柱状轨道的数值解，并列出了两种典型元素 Co 和 Dy 在不同入射光束能量和不同原子密度下 2p 态的特征尺寸表。表中所列数值允许估算实现与 2p 柱状轨道最大耦合的最佳会聚角。我们还推导了针对不同特征尺寸的依赖于光束能量、会聚角和全息图的标度解析公式。这些长度尺度对于叉形孔径的设计以及显微镜在涡旋光束成像模式下的操作非常有用。