Nanoscale optical waveform control of strong-field photoemission
金属纳米结构的强场光电发射最近使基础性发现成为可能。在这里，我们提供的电场控制的电子在最接近的纳米尺度附近的等离子体纳米粒子的帮助下，几个周期的激光波形的理论演示。我们分析了等离子体共振对光电发射特性的影响，并表明只有非共振纳米粒子才能在真正的亚飞秒时间尺度上提供电子控制。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Onset of space-charge effects in strong-field photocurrents from nanometric needle tips
纳米结构的强场光电子效应及其产生的时间调制电流在超快真空光电子学的发展中起着关键作用。光学光场可以将它们的工作带宽推到拍赫兹域。它们在应用中的功能的一个关键方面是电荷相互作用的作用，包括空间电荷效应。在这里，我们研究了纳米钨针尖暴露于载波包络相位控制的几个周期的激光场的光电发射和光电流。我们报告了一个特征的逐步增加的强度重新缩放的截止能量的发射电子超过一定的强度值。通过与模拟比较，我们确定这一功能的发病的电荷相互作用占主导地位的光电发射动力学。我们的研究结果预计也是相关的强场光电发射从其他纳米结构，包括光电发射从等离子体纳米领结天线用于载波包络相位检测和PHZ规模的设备。
2021-06-01 physics.app-ph physics.optics
Electronic Raman scattering in silicon glass
针对硅玻璃中无序诱导的光发射现象，本文提出其机制为电子拉曼散射，而非声子辅助间接跃迁，并揭示禁带内 Urbach 桥态与纳米限域光子动量匹配的关键作用。
2023-12-01 physics.optics
Non-adiabatic ponderomotive effects in photoemission from nanotips in intense mid-infrared laser fields
金属纳米尖端周围的瞬态近场驱动了许多应用，包括超快电子脉冲的产生及其在电子显微镜中的应用。研究了在中红外激光脉冲驱动下金纳米针尖的电子发射。我们确定了一个低能量的动能谱峰，并研究其转移到更高的能量与增加激光强度从$1.7$到$3.7\cdot10^{11} \mathrm{W}/\mathrm{cm}^2$。低能量峰的上移的实验观察相比，一个简单的模型和数值模拟，这表明，在纳米尺度上的近场的衰减的结果在非绝热转移的有质动力势的发射电子的动能，并反过来转移的峰值。我们推导出一个非绝热有质动力学位移的解析表达式，它在先前发现的淬火后，完成了对非均匀场在纳米结构的强场光电发射中的作用的理解。
2019-05-15 physics.optics
Spatiotemporal differentiators generating optical vortices with transverse orbital angular momentum and detecting sharp change of pulse envelope
作为一种新的光学操纵自由度，利用脉冲整形器实现了携带横向轨道角动量的时空光学涡旋。本文提出了一种时空微分器来产生具有横向轨道角动量的STOVs。为了在时空域产生相位奇异性，通过打破空间镜像对称性设计了时空微分器。与脉冲整形器相比，这里提出的器件是一个简单的一维周期性纳米结构，因此它更紧凑。对于垂直入射脉冲，微分器产生具有横向轨道角动量的透射STOV脉冲。此外，所产生的STOVs的干涉可以用于检测脉冲包络在空间和时间维度上的急剧变化。
2022-02-06 physics.optics
Study of electron emission from 1D nanomaterials under super high field
由近红外或可见光的强电场驱动的光电发射（称为强场光电发射）产生与入射光的波形同步的阿秒电子脉冲，并且该原理是当前阿秒技术的核心。然而，在近红外波长的固态材料的基础上，充分利用强场光电发射制度受到空间电荷屏蔽和高光场强度下材料损伤的限制，这大大阻碍了实现预测的阿秒技术，如超灵敏的光学相位调制。在这里，我们展示了一种新型的强场光电发射行为与极端的非线性光电发射电流尺度遵循光场强度的40次方定律，利用亚纳米碳纳米管和800 nm脉冲。因此，总的光电发射电流取决于载波包络相位，具有高达100%的大大改进的光电发射电流调制深度，这在以前是没有实现的。含时密度泛函计算揭示了直接从碳纳米管的价带的光场诱导隧穿发射过程的全新行为，这是充分进入强场光电发射制度的指示。此外，观察到的非线性动力学是可调的，通过改变的价带最大值的结合能，证实了Simpleman模型计算。我们相信，这种极端的非线性光电发射纳米尖提供了一种新的手段，产生极端的时空分辨电子脉冲。这些结果还提供了一个新的设计理念，阿秒电子学和光学利用可调能带结构的纳米材料。
2018-12-25 physics.optics
Nonlinear photoemission from metal surfaces induced by short laser pulses: the effect of field enhancement by surface plasmons
对表面等离子体激元振荡引起的非线性电子发射过程进行了实验和理论研究。所测量的阈值以上的电子光谱延伸到能量，其外观不能单独由标准的非微扰方法来解释，该方法预测光子能量分离的离散能量线光谱与已知的快速下降-平台-截止包络形状，即使考虑到大的场增强。我们的数据的理论分析，等离子体激元诱导的近场效应的概念的基础上，给出了合理的解释和定性协议在整个强度范围内。
2013-01-09 physics.optics quant-ph
Evidence of coherence in strong-field electron photoemission from a semiconductor
强场量子电子学正在成为信息处理的潜在候选者，但相干与退相干仍然是该概念的主要关注点。在过去的十年中，带隙材料中的强场相干过程导致了半导体、千兆赫电子学或强场量子态中高次谐波的出现。然而，亚光学循环驱动的电子的相干行为从来没有被直接观察到。我们在这里报告的实验证据的相干超短发射的超热电子从纳米结构的半导体。我们的方法使用亚波长的电场增强定位的电子发射在一个纳米级的斑点。我们发现类似的电子发射从金属nanotips在强场制度，一个主题，在过去的十年中，已经打开了一个广阔的应用领域。电子光谱显示奇数和偶数谐波驱动飞秒激光频率，电子发射的相干性和它们的阿秒定时的签名。我们的研究结果完成了我们的知识，在半导体相干强场过程的现象和开放的观点，为未来的量子设备的产生在强场制度。
2023-01-06 physics.atom-ph physics.optics
Nanoantenna Design for Enhanced Carrier-Envelope-Phase Sensitivity
来自纳米结构固体（如亚波长纳米天线）的光场发射可以被利用来创建用于光场检测的亚飞秒、PHz级电子器件。特别感兴趣的一个应用是入射光脉冲的载波包络相位的检测。这种载波包络相位检测需要少周期的宽带光激励，其中纳米天线的谐振特性可以强烈地改变近场的响应。很少有定量的研究已经执行，以了解天线的几何形状和谐振特性应如何调整，以提高载波包络相位灵敏度和信噪比。在这里，我们研究如何平面等离子体纳米天线的几何形状和谐振频率可以被设计用于增强发射的载波包络相位敏感的光电流时，由几个周期的光脉冲驱动。我们发现，通过简单地添加导致顶点的弯曲侧壁，以及适当地调谐谐振波长，可以通过$5$来改善每个纳米天线的净CEP敏感电流，并且相对于谐振操作的简单三角形天线，通过$50$ - $100\times$来改善信噪比。我们的研究结果将为下一代纳米天线设计提供信息，用于超快光电子计量学和拍赫兹电子学的新兴应用。
2021-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Laser-induced electron emission from Au nanowires: A probe for orthogonal polarizations
光电子场发射是由飞秒激光脉冲聚焦在金属纳米尖端上引起的，它提供了空间相干和时间短的电子脉冲。光电子产额的性质提供洞察到纳米结构的材料性质和激发激光焦点。超长纳米带，作为一个单晶体连接到一个金属锥生长，是电子场发射的来源，尚未得到表征。在这份报告中，研究了金纳米粒子样品的光发射，并与钨和金尖端的发射进行了比较。我们观察到，从尖锐的尖端的发射一般取决于一个横向分量的激发激光场，而一个钝nanoriginal的发射被发现是敏感的两个组件。我们建议，这个属性使得纳米带的光电发射的候选人的位置敏感检测的纵向场分量在一个紧密聚焦的光束。
2021-05-14 physics.app-ph physics.optics
The role of surface depletion layer effects on the enhancement of the UV emission in ZnO induced by a nanostructured Al surface coating
利用深度分辨阴极发光（CL）、光致发光（PL）和价带X射线光电子能谱（VB-XPS）研究了宽载流子浓度范围内Al包覆ZnO单晶的紫外增强效应。在最高载流子密度（2 x 10^17 cm^-3）的情况下，Al涂层ZnO的PL UV发射增强了17倍，而在最低载流子密度（3 x 10^13 cm^-3）的情况下，PL UV发射增强了12倍。深度分辨的CL测量证实，增强是最强的金属涂层-ZnO界面附近的激子本地化的表面等离子体激元耦合机制与增加的UV发射一致。相关的CL，PL和VB-XPS研究表明，一些额外的影响的存在下的Al表面涂层也有助于紫外增强因子。这些包括由于金属表面涂层诱导的表面耗尽层的形成而增加的UV增强，这也钝化了在未涂覆的ZnO中发现的竞争性非辐射表面复合通道。值得注意的是，已经确定，通过增加载流子密度来减小耗尽层的厚度，可以以受控的方式提高发射增强因子的大小。这些影响的贡献共同提供了一个解释的大跨度的增强因子在文献中报道。
2019-08-22 physics.app-ph physics.optics
Watching charge separation in nanoantennas by ultrafast point-projection electron microscopy
观察电子在自然纳米长度和飞秒时间尺度上的运动是当代超快科学的一个基本目标和公开挑战。目前，光学技术和电子显微镜主要提供时空或空间分辨率，然而，与时空分辨率相结合的显微镜技术需要进一步发展。在这里，我们创建一个超快电子源等离子体纳米聚焦在尖锐的金锥，并实现在超快点投影电子显微镜这个源。该源用于光泵-电子探针实验，研究纳米等离子体天线的超快光电发射。我们发现，真正的空间运动的光发射电子和金属中的剩余空穴探测与20 nm的空间分辨率和25 fs的时间分辨率。这是一个迈向时间分辨显微镜的电子运动在纳米结构。
2018-01-20 physics.optics
Attosecond physics in optical near fields
University of Rostock（罗斯托克大学）
通过研究光学近场中电子动力学，发现新的光谱特征NILES，实现亚周期时间尺度的电子发射追踪与动量宽度推断，推动阿秒物理与拍频电子学发展。
2025-07-03 physics.optics
Electron Imaging of Nanoscale Charge Distributions Induced by Femtosecond Light Pulses
本文研究了非导电样品在原位透射电子显微镜中的表面充电现象，通过飞秒多光子光发射后的电子光学成像，定量提取光诱导静电势并分析充电动力学，提出描述电子与光诱导过程相互作用的模型，并展示通过同步光学照明缓解样品充电的方法。
2024-02-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Momentum microscopy of ultrafast electron emission from a strongly driven optical nanoantenna
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；ELI ALPS, The Extreme Light Infrastructure ERIC（ELI ALPS，极端光基础设施ERIC）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼兹光子技术研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；HUN-REN Wigner Research Center for Physics（匈牙利科学院Wigner物理研究中心）
本研究结合光发射电子显微镜与动量显微镜，对双孔纳米天线进行强场实验，揭示了抖动与亚周期两类电子轨迹的不同发射特征，展示了纳米尺度强场控制电子的潜力。
2026-09-15 physics.optics
PHz Electronic Device Design and Simulation for Waveguide-Integrated Carrier-Envelope Phase Detection
载波包络相位（CEP）检测超短光脉冲和低能量波形场采样最近已被证明使用直接时域方法，利用光场光电发射从等离子体纳米天线。这些设备使紧凑和可集成的固态探测器在光频率下工作，在环境条件下工作，需要微小的脉冲能量（皮焦耳级）。应用包括频率梳稳定，可见光到近红外时域光谱，阿秒科学和计量学的紧凑工具，以及由于高电子开关速度，千兆赫级信息处理。然而，这些设备已被驱动的自由空间的光学波形和集成的光子平台内的实现还有待证明。在这项工作中，我们设计和模拟完全集成的等离子体蝴蝶结纳米天线耦合到Si $_3$ N $_4$核心波导CEP检测。我们发现，当耦合到现实的片上，几个周期的超连续谱源，这些设备是适合于直接时域CEP检测集成光子平台内。我们估计在50 kHz的分辨率带宽的信噪比为30 dB。我们解决的技术细节，如调谐的纳米天线等离子体共振和波形的CEP滑动波导。此外，我们评估由于吸收和散射的功率损失，我们研究了设备的脉冲宽度和脉冲峰值场强的灵敏度。我们的研究结果为未来时域CEP探测器的设计和制造提供了基础，并允许开发完全集成的阿秒科学应用，频率梳稳定和基于光波的Phz电子学。
2021-09-26 physics.ins-det physics.optics
Visualizing Standing Light Waves in Continuous-Beam Transmission Electron Microscopy
本研究在连续束透射电子显微镜中利用飞秒光脉冲照射波导结构，通过多光子光电发射产生的残余充电图案，实现了驻光波强度分布的相位分辨成像，为原位光学激发的电子显微镜测量奠定了基础。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Above threshold ionization by few-cycle spatially inhomogeneous fields
本文对空间非均匀场产生的阈上电离进行了理论研究。这种场是由于用短激光脉冲照射等离子体纳米结构和金属纳米颗粒而出现的。我们使用时间相关的薛定谔方程（TDSE）在减少的维度来理解和表征ATI功能在这些领域。结果表明，激光电场的不均匀性在ATI过程中起着重要的作用，它产生明显的修改的能量分辨光电子能谱。事实上，我们的数值模拟表明，可以产生高能电子。具体而言，使用增强等离子体激元场的空间依赖性的线性近似，并使用强度在中间10^{14} W/cm^{2}范围内的近红外激光，我们表明可以用近keV的能量驱动电子。此外，我们还研究了载波包络相位对ATI光电子发射的影响。我们的量子力学计算得到了经典计算的支持。
2012-08-08 physics.atom-ph physics.optics
Single-cycle optical control of beam electrons
具有受控电磁波形的单周期光脉冲允许在时间上操纵原子、分子、纳米结构或凝聚态物质中的低能电子的运动。然而，在单周期光控制下的高能电子将是一种使基于束的阿秒物理与自由电子激光或电子显微镜技术成为可能的技术。在这里，我们报告的自由传播keV电子与中红外线的一个孤立的光学周期的控制，并创建一个调制的电子电流与峰值周期特定的亚飞秒结构的时间。载波包络相位、振幅和色散对自由空间电子波函数的时间成分、脉冲宽度和啁啾的明显影响证明了我们控制的子周期性质。这些结果创造了新的机会，在激光驱动的粒子加速，种子自由电子激光，阿秒时空成像，电子量子光学和其他任何地方的高能电子需要与单周期光的时间结构。
2020-04-24 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.optics
Tracing attosecond electron emission from a nanometric metal tip
本文利用双色调制光谱学以阿秒精度测量纳米金属尖端的强场电子发射动力学，通过量子模型与实验匹配确定发射持续时间为710±30阿秒，为固态强场光电子发射的定量计时与主动控制开辟了新途径。
2023-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
