Surface plasmon enhanced fast electron emission from metallised fibre optic nanotips
光纤纳米尖端的电子发射的物理机制，即隧道效应、多光子和电子发射，要么阻止快速切换，要么需要强激光场。时间分辨电子发射从纳米尺寸的源发现的应用范围从材料表征到量子相干性的基础研究。我们提出了一个纳米尺寸的电子源，能够快速开关（<1 ns），可以驱动低功率飞秒激光器。在低功率激光下，其发光的物理机制是表面等离子体增强的阈上光电发射。观察到一个电子发射峰，并为共振等离子体激发提供支持。电子源是一根金属涂层的光纤，它逐渐变细成纳米大小的尖端。光纤是柔性的，并且背面发光，便于定位。该源的工作原理是每个激光脉冲只有几个nJ，这使得它成为一个多功能的发射器，可以用于纳米测量、多分辨率电子光刻和扫描探针显微镜。关键词：光纤奈米尖端，表面电浆共振，多光子发射，超临界发射
2020-05-05 physics.atom-ph physics.optics
Two-color Multiphoton Emission from Nanotips
利用双色激光场研究了多晶钨纳米尖的双色多光子发射。双色光电发射是由一个三光子双量子量子信道，这导致了量子效率的两倍增加。利用脉冲延迟改变量子信道的效率，实现了双色多光子发射的弱场控制。这一结果补充了强场下双色隧穿光电发射的研究，并在基于光子晶体的光子器件中具有潜在的应用价值。此外，所展示的双色多光子发射可能是重要的实现超快自旋极化电子源通过光注入自旋电流。
2017-01-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Large optical field enhancement for nanotips with large opening angles
我们从理论上研究了纳米针尖的形状、尺寸和材料对光学近场增强的影响。我们证实了强烈的依赖性的场增强因子的曲率半径的曲率半径。此外，我们发现了一个令人惊讶的强大的增加，增加的纳米尖端的开口角的场增强。对于金和钨纳米尖在实验相关的参数范围内（曲率半径$\geq 5\,$ nm在$800\,$ nm激光波长），我们获得的场增强因子高达${\sim}35$为Au和${\sim}12$为W的大开角。我们证实了这种强烈的依赖于许多其他材料具有各种各样的介电响应的开角。对于开度，开度角依赖性可追溯到尖端柄部处的感应表面电荷的静电力。对于金属，等离子体激元响应强烈地增加了场增强，并将最大场增强移动到较小的开度角。
2015-01-22 physics.optics
Partial Quantum Coherence, Ultrashort Electron Pulse Statistics, and a Plasmon-Enhanced Nanotip Emitter Based on Metallized Optical Fibers
本论文包括两个相关的研究项目。第一个课题的最终目标是在超短自由电子脉冲中观察量子简并。这构成了一个彻底的理论分析的问题，涉及部分量子相干性和自旋极化的源在光的路径积分处理的现象的物质波衍射时间。随后，一个开拓性的实验结果，被取代的Hanbury布朗Twiss型的决定性测试的自由费米子反聚束与电子，报告。在这个实验中，利用双探测器符合探测技术研究了发射电子的统计分布。所利用的电子发射体是超快光电发射钨纳米尖端针源，其已知获得大的空间相干长度。的排放统计被发现是次泊松。第二个项目涉及一种新型的激光驱动的电子纳米尖发射器的金属化光纤锥的基础上，其中发现的发射机制是由表面等离子体共振激发的预测之前，这样的源的设计协助的介绍和充分的表征。结果表明，镀金光纤纳米尖端可以发射电子，使用低功率连续波激光器以及飞秒脉冲激光器调谐到或接近的表面等离子体共振激发波长的系统。最后一章需要一个自旋极化的电子光电发射器的建议的基础上的自旋霍尔效应，这样的光纤纳米尖端源被利用。
2021-01-25 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Extreme Lightwave Electron Field Emission from a Nanotip
我们报告子周期太赫兹光场发射的电子从钨纳米尖在极端条件下对应的Keldysh参数$γ_K\approx10^{-4}$。局部峰值太赫兹场达到40~GV/m的照射纳米尖端的顶点，导致亚循环冷场电子发射和加速在准静态场。通过同时测量电子束团电荷和能量分布，我们进行了准静态Fowler-Nordheim隧穿理论的定量测试场条件下，完全抑制隧道势垒。观察到$\sim10^6$电子/脉冲的非常高的聚束电荷，在局部场中加速后达到3.5 keV的最大能量。能量分布和发射电流表现出良好的协议与福勒Nordheim理论，即使在这种极端的领域制度。在这些条件下，将该模型扩展到单次激发制度，预测峰值电子分布的光谱纯度为$10^{-4}$。观察到太赫兹场诱导的纳米尖端的整形和锐化，在大约$10^9$太赫兹照射下，尖端半径从120 nm减小到35 nm。这些结果表明，太赫兹驱动的纳米尖端在极端的领域限制是有前途的电子源的超快电子衍射和显微镜。
2020-06-23 physics.app-ph physics.optics
Quantum interference visibility spectroscopy in two-color photoemission from tungsten needle tips
当双色飞秒激光脉冲与物质相互作用时，电子可以通过各种多光子激发路径发射。这些途径之间的量子干涉引起光发射电子流的强烈振荡，实验上其特征在于其可见性。在这项工作中，我们展示了双色可见光谱的多光子光电发射从固态纳米发射器。我们研究了飞秒激光脉冲及其二次谐波在几乎跨越倍频程的波长范围内的量子路径干涉可见度。光电发射显示出90% +/-5%的高可见度，具有非常恒定的分布。此外，通过改变两种颜色的相对强度比，我们发现我们可以在0和接近100%之间改变可见度。一个简单但极具洞察力的理论模型使我们能够解释所有的观察结果，并具有良好的定量一致性。我们希望这项工作能够普遍应用于各种光驱动的量子干涉，包括物理，化学和量子工程中的量子控制。
2022-05-23 physics.optics
Probing of optical near-fields by electron rescattering on the 1 nm scale
本文提出了一种基于光电子再散射的测量金属表面~1 nm范围内光学近场的新方法。用这种方法，我们精确地测量了钨和金纳米尖端的场增强因子作为尖端半径的函数。与麦克斯韦模拟的协议是非常好的。进一步的模拟产生所有材料的场增强图，这表明在大多数条件下，纳米尖端处的光学近场受几何效应的影响，而等离子体共振仅起次要作用。最后，我们考虑了我们的结果对纳米结构表面附近量子力学效应的影响，并讨论了量子等离子体激元的特性。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall 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
Enhancement of ultrafast electron photoemission from metallic nano antennas excited by a femtosecond laser pulse
我们已经证明了第一次，在铝表面上的纳米天线（中心纳米尖端内的亚微米坑）的阵列，制造使用特定的双脉冲飞秒激光照射方案，结果在28倍的增强的非线性（三光子）电子光电发射产率，由第三个强烈的红外飞秒激光脉冲驱动。支持的数值电动力学模型表明，电子发射增加，而不是由于一个更大的有效铝表面，但由于瞬间局部电磁场增强附近的纳米天线，由尖端的避雷针效应和作为微反射器和环形边缘作为等离子体透镜的凹坑的聚焦效应。
2013-12-20 physics.optics
Clocking plasmon nanofocusing by THz near-field streaking
我们应用太赫兹（THz）近场条纹的纳米聚焦几何形状，研究等离子体极化激元的锥形纳米针尖轴上的传播。通过评估等离子体激元诱导的光电发射的条纹光谱图与直接顶点激发的测量之间的延迟，我们获得了平均等离子体激元群速度，这与数值模拟一致。将等离子体激元诱导的光电发射与太赫兹近场条纹相结合，有利于对时间分辨成像和衍射的局部光电子源进行广泛的控制。
2020-08-25 cond-mat.other physics.optics
Examining the Transition from Multiphoton to Optical-Field Photoemission From Silicon Nanostructures
我们进行了详细的实验和理论研究的过渡从多光子光场光电发射n掺杂，单晶硅纳米尖。围绕这一转变，我们测量增强的发射率以及强度依赖的结构中的光电子产量从照明的纳米结构。通过数值求解含时薛定谔方程（TDSE），我们证明了过量发射是由于硅表面附近电子驻波包的积累，而这种跃迁中的强度依赖结构是由于有质动力势的增加和沟道关闭效应造成的.通过含时微扰理论（TDPT），我们然后表明，强度相关结构的可见性，从多光子到光场发射的跃迁速率，以及在高强度下的标度率都与导带附近的基态能量的窄带在硅中主导的发射过程是一致的。这些结果突出了考虑相干电子波包动力学在发射器表面，以及解释强场光电子发射固体时的基态能量分布的重要性。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall 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
Attosecond Field Emission
电子的场发射是科学技术重大进步的基础，从物质原子尺度结构的成像到更高频率的信号处理。这些应用程序的时间分辨率和频率的最终限制的进步要求的技术，可以限制和探测的亚飞秒时间尺度上的场发射。我们使用了强烈的，子周期瞬变诱导光场发射的电子脉冲从钨纳米尖和相同的瞬态直接探测发射动态实时的弱副本。进入新兴的电子脉冲的时间轮廓，包括持续时间$τ$ =（53作为$\pm$ 5作为）和啁啾，和纳米尺度近场的直接探测，打开了新的前景，在阿秒物理和纳米光学接口的研究和应用。
2022-06-17 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
Highly coherent electron beam from a laser-triggered tungsten needle tip
我们报告的空间相干性的电子发射从一个尖锐的金属针尖的定量测量。我们调查的相干性，在光电发射使用近紫外激光触发的光子能量为3.1 eV，并比较它的直流场致发射。碳纳米管被带到靠近发射器尖端的位置，以充当静电双棱镜。从产生的电子物质波干涉条纹，我们推导出的上限的有效源半径在激光触发和直流场发射模式，它量化的空间相干性的电子束。我们得到了激光触发模式下的$(0.80\pm 0.05)\,$ nm和直流场致发射模式下的$(0.55\pm 0.02)\,$ nm，揭示了针尖场致发射电子束的优异相干特性在很大程度上保持在激光诱导发射模式下。此外，0.36的光致发射电子束的相对相干宽度是迄今为止观察到的最大的。在发射过程中的电子相干性的保存以及时间分辨电子成像技术的衍生物进行了讨论。
2014-12-15 physics.optics
A nanoscale vacuum-tube diode triggered by few-cycle laser pulses
我们提出并演示了一种由几个周期的近红外激光脉冲触发的纳米级真空管二极管。它代表了一种基于光场的超快电子器件，利用两个金属纳米尖端表面的近场光学增强。两个尖端中较尖锐的尖端显示出较强的场增强，导致其表面的光电发射产额较大。峰值强度为$4.7\times 10^{11}$ W/cm $^2$的一个激光脉冲触发来自较尖锐阴极尖端的${\sim }16$电子的光电发射，而来自较钝阳极尖端的发射被$19$ dB抑制到每脉冲${\sim }0.2$电子。因此，两个尖端之间的激光触发电流表现出整流行为，类似于经典的真空管二极管。根据发射电子的动能和针尖之间的距离，估计这种激光触发纳米级二极管的总操作时间小于1 ps。
2019-05-26 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
Ultrafast 4D scanning transmission electron microscopy for imaging of localized optical fields
本研究研发出无需电子光谱滤波的超快4D扫描透射电子显微镜，可成像光学近场横向分量，实现21nm分辨率下钨纳米尖端近场积分洛伦兹力与光学驻波有质动力势的成像，为纳米局域光场瞬态成像提供新手段。
2025-09-03 physics.ins-det physics.optics
3D-Printed Photocathodes for Resonant, Terahertz-Field-Driven Ultrafast Electron Emission
超短光发射电子束可以在亚皮秒时间范围内提供高电子电流，从而能够以纳米级分辨率对超快物理过程进行时间分辨研究。非共振导电纳米尖端通常用于实现具有高亮度的纳米级光电子源。然而，这种发射器需要复杂的不可扩展的制造过程，其特征在于再现性差。平面谐振天线制造通过光刻最近已经研究，也是因为他们的优越的场增强性能。然而，来自这些结构的电子发射平行于衬底平面，这限制了它们作为电子源的实际应用。在这项工作中，我们提出了一种创新的平面外谐振纳米天线设计，用于通过高分辨率3D打印实现的场驱动光电发射。数值和实验证据表明，镀金，太赫兹共振纳米锥在其顶点提供大的局部电场，自动确保面外相干电子发射和加速。我们表明，共振结构可以方便地安排在一个阵列的形式，通过集体太赫兹响应的进一步显着的电子提取增强。值得注意的是，这种集体行为也可以被收获，以提高来自单个纳米源的光电发射。我们的方法为新一代光电阴极开辟了道路，这些光电阴极可以随意重复制造和设计，大大放宽了对强太赫兹驱动器的要求。
2020-10-22 physics.app-ph 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
