低能自由电子与光的激发相互作用
光学
2026-02-20 v1
摘要
自由电子与光及物质的相互作用长期以来是探索材料激发量子动力学和超快速动力学的基石。近年来，这一范式从描述辐射和加速的经典框架演变为完全量子框架，深化了我们对单电子水光相互作用的理解。这些进展为高分辨率成像、超快速光谱学、干涉测量以及电子波包的相干调控开辟了新机遇。本综述概述了慢速电子与光的激发相互作用，涵盖自由空间和近场介导机制。我们讨论了如何通过自由空间光场协调电子动量和能量，以及如何通过纳米光子学和等离子体结构中的近场耦合实现与电子波包的强相位匹配、高效动量交换。我们进一步描述了在慢电子 regime 中显著的电子recoil效应，以及增强耦合效率和访问量子相干 regime 的时空波包调控。基于这些基础，我们概述了新兴框架，包括混合光-静电调制、基于ponderomotive激光的像差校正，以及光学电子干涉测量。通过统一这些发展，激发电子-光相互作用为精确束流控制、量子态工程以及定制化光-物质耦合提供了多样化的途径，具有对于超快速光谱学、纳米尺度测量、attosecond脉冲发生、电子-光子纠缠以及创建非经典光态等方面具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2602.17463,
title = {Stimulated interactions of low-energy free-electrons with light},
author = {Fatemeh Chahshouri and Sven Ebel and Mitja Funk and Nahid Talebi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.17463},
year = {2026}
}