高能粒子量子纳米光子学：X射线与自由电子

过去50年来精密纳米制造和原子设计的快速进展，开启了一个接一个变革时代，用于塑造光的产生与流动。利用纳米尺度和原子特征设计光源和光学元件——即纳米光子学——已在整个电磁波谱范围内带来新的基础科学和创新技术，重点集中在微波到可见光波段。本综述特别关注纳米光子学在一个相对奇特但技术颠覆性的领域中的影响和潜力：高能粒子，如X射线光子和自由电子——纳米结构和原子设计为量子科学和多功能X射线源及光学打开了前所未有的技术大门。由于X射线的实际产生与高能自由或准自由电子的存在内在相关，我们的综述还将涵盖将自由电子与纳米光子学结合的相关现象和技术，包括其他光子能量下的自由电子驱动纳米光子学。特别是，我们深入探讨了X射光区量子反冲的演示和研究，纳米材料设计和自由电子波形塑造作为增强和控制X射线辐射的手段，考察纳米光子学实现的自由电子产生，并分析准自由电子的高次谐波产生。我们还讨论了量子纳米光子学在X射线和自由电子方面的应用，包括用于X射线的纳米结构波导、光子对增强X射线成像、X射线镜和透镜等。