STEM 中快电子向球形纳米颗粒角动量转移的理论与模拟
介观与纳米尺度物理
2025-01-30 v1
摘要
扫描透射电子显微镜（STEM）中的电子束对研究样品施加力和力矩，其大小允许对纳米颗粒进行可控操纵（一种称为电子镊子的技术）。相关理论研究主要集中于快电子（如 STEM 中所用）向纳米颗粒的力和线动量转移。然而，关于相互作用转动方面的理论研究不仅有益于电子镊子的发展，也有益于电子显微镜内其他领域如电子涡旋。从经典电动力学描述出发，我们提出一个理论模型及高效的数值方法，用于计算 STEM 快电子向球形纳米颗粒的角动量转移。我们展示了不同尺寸铝、金和铋纳米颗粒的角动量转移模拟。我们发现转移的角动量始终垂直于系统的对称面，在所考虑的所有情况下方向恒定。模拟中，角动量转移随纳米颗粒半径增大而增加，但随电子速度或碰撞参数增大而减小。此外，角动量转移的电贡献主导于磁贡献，仅在高电子速度（大于光速的 90%）时可相比拟。另外，对于所研究材料半径为 1 nm 的纳米颗粒，我们找到了小颗粒近似（将纳米颗粒建模为电点偶极子）的有效性判据。我们相信这些发现有助于理解 STEM 实验中存在的转动方面，并可能对电子镊子及其他电子显微镜相关技术的进一步发展有用。
引用
@article{arxiv.2211.09883,
title = {Theory and simulations of the angular momentum transfer from swift electrons to spherical nanoparticles in STEM},
author = {José Ángel Castellanos-Reyes and Jesús Castrejón-Figueroa and Alejandro Reyes-Coronado},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.09883},
year = {2025}
}