Quantum simulation of a spin polarization device in an electron microscope
最近有人提出了一种电子束器件，它可以作为一种有效的自旋极化滤波器[E。Karimi等人，物理修订版信函108，044801（2012）]。它是基于结合最近开发的衍射技术施加轨道角动量的光束与多极Wien过滤器诱导一种人工非相对论自旋轨道耦合。在这里，我们重新考虑所提出的设备与电子束传播的完全量子力学模拟，基于完善的多切片方法，补充考虑到自旋自由度的泡利项。利用这一升级的数值工具，我们研究了自旋极化自由电子束的可行性和实际限制
2013-01-18 quant-ph
Spin polarisation with electron Bessel beams
研究了用电子显微镜作为自旋极化器的理论可能性。结果表明，通过标准磁物镜的贝塞尔光束本质上是自旋极化的。在轴上无限小探测器的极限下，自旋极化趋于100%。随着探测器尺寸的增大，偏振度迅速降低，在中压显微镜的标准设置下，偏振度会降到10^-4以下。对于极低的电压，品质因数增加了两个数量级，接近现有的莫特检测器。我们的研究结果可能会导致新的设计自旋过滤器，一个有吸引力的选择，鉴于其固有的组合与电子显微镜，特别是在低电压。
2015-12-05 quant-ph
Designs for a Quantum Electron Microscope
量子力学的一个令人震惊的结果是，它允许使用入射探针检测目标，而探针和目标之间的相互作用的概率很低。这种“量子怪异”可以应用于电子显微镜领域，以产生对光束敏感的样品的图像，从而大大减少对样品的损伤。如果能够以原子分辨率对生物样本进行成像，则减少对样本的束致损伤尤其重要。根据最近的建议，无相互作用的测量与电子是可能的，我们现在分析的困难，实际上建立一个原子分辨率的无相互作用自由电子显微镜，或“量子电子显微镜“。量子电子显微镜需要许多在传统的透射电子显微镜中找不到的独特组件。这些组件包括一个相干的电子束分裂器或两个状态耦合器，和一个谐振器结构，允许每个电子询问的标本多次，从而支持高成功率的样品的无相互作用的检测。不同的系统设计，这是基于四个不同的选择的两个状态耦合器：薄晶体，光栅镜，驻波和电动赝势。详细的电子光学设计的挑战被确定为未来的发展方向。虽然它的结论是，它应该是可能的，以建立一个原子分辨率的量子电子显微镜，我们也确定了一些障碍，这样的显微镜的发展和进一步的理论研究，将需要使这样的显微镜产生的图像的完整解释。
2015-10-20 physics.ins-det quant-ph
Two-electron quantum walks can probe entanglement and decoherence in an electron microscope
Solid State Institute, Technion – Israel Institute of Technology（固体研究所，以色列理工学院）；Fachbereich Physik, Universität Konstanz（康斯坦茨大学物理系）；E. L. Ginzton Laboratories, Stanford University（斯坦福大学Ginz顿实验室）
本研究提出双电子量子行走方法，在超快电子显微镜中研究自由电子气的相干与纠缠，观测到高对比度电子关联但无显著纠缠迹象，为多自由电子量子态表征及相关应用奠定基础。
2025-05-13 quant-ph
Automatic alignment of an orbital angular momentum sorter in a transmission electron microscope using a convolution neural network
我们报告了使用卷积神经网络对配备轨道角动量分类器的透射式电子显微镜进行自动对准的情况。神经网络能够控制显微镜的电子光学设置和分选机的外部电压源的所有相关参数，而无需用户输入。它能够补偿分选机的机械和光学未对准，以优化其光谱分辨率。利用神经网络的快速拟合时间，在几帧内完成对准并保持稳定。
2022-04-07 physics.ins-det quant-ph
Microscopic origin of molecule excitation via inelastic electron scattering in scanning tunneling microscope
扫描隧道显微镜诱导发光是近年来发展起来的一种测量单分子水平上分子性质的有力工具。快速的实验进展远远领先于理解观察到的现象的理论努力。这样的无能导致在定量分配的荧光光谱的结构和动力学的单个分子的观察到的特征的显着困难。本文致力于揭示扫描隧道显微镜中隧穿电子非弹性散射激发分子的微观起源。目前的理论解释了所观察到的大光子计数之间的不对称性的分子发光强度在正负偏压。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Possible use of a Cooper-pair box for low-dose electron microscopy
提出了一种利用超导量子电路的透射电子显微镜。该显微镜被设计用于提高对辐射敏感的弱相位物体，特别是生物样本的图像对比度。该设置的目的是测量探针电子波的相移，精确到电子数$N$内的$Δθ$，不会破坏样品。在传统的电子显微镜中，$Δθ$的尺度是$\sim 1/N^{1/2}$，它低于海森堡极限$\sim 1/N$。为了接近后者通过使用量子纠缠，我们提出了一种设计，涉及一个库珀对盒放置在表面上的静电电子镜在显微镜。如果非弹性散射过程充分离域，可以获得显着的改善。
2011-09-20 quant-ph
Design for light-based spherical aberration correction of ultrafast electron microscopes
本研究提出利用电子交叉点附近的有质动力相互作用校正超快电子显微镜球差，并通过优化Zernike多项式实现光束整形，获得8.1 mrad无像差角。
2025-01-09 physics.optics quant-ph
Sensing Electric Currents in an a-IGZO TFT-Based Circuit Using a Quantum Diamond Microscope
利用量子钻石显微镜在a-IGZO TFT基电路中实现非侵入性电流传感，验证了其在柔性电子制造中的应用潜力
2025-06-24 quant-ph
Electron Spin Resonance Spectroscopy in a Transmission Electron Microscope
本文报道了在透射电子显微镜（TEM）中集成电子自旋共振（ESR）波谱的研究，通过在标准TEM样品杆上构建微型化ESR装置并利用TEM极靴强磁场对齐并分离自旋态，实现了对自旋系统、量子材料及辐射损伤等特性的原位研究，为纳米尺度微波控制量子自旋研究取得重大技术进展。
2024-08-29 physics.app-ph quant-ph
Quantum mechanical formulation of the Busch theorem
电子涡旋束为研究电子显微镜中的手征或磁结构以及粒子物理学中量子干涉的基本效应提供了独特的机会。将阴极浸没在螺线管场中提出了一种用于产生涡旋电子束的高效且灵活的方法，该方法用于加速器，但尚未在电子显微镜中实现。本文讨论了从电子显微镜的浸没阴极产生具有量子化轨道角动量的涡旋光束的条件，指出了这种技术用于产生其它带电粒子涡旋光束的一般可能性。
2020-09-09 physics.acc-ph quant-ph
Coulomb-correlated electron number states in a transmission electron microscope beam
本文在透射电子显微镜内通过飞秒光电发射产生了库仑关联的少电子数态，揭示了强少体库仑相互作用及场可控的反聚束现象，并利用过滤方案控制脉冲电荷统计分布，为显微学和光刻技术制备高度非泊松分布的电子束提供了新途径。
2023-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.optics
Quantum-coherent light-electron interaction in an SEM
近二十年来，透过电子显微镜迅速发展成为超快、量子相干系统，实验证实了自由电子波包的量子性质。特别是，超快电子脉冲可以产生和定时与光学近场相互作用，产生相对论电子波包和光场之间的量子化光子能量的相干交换。到目前为止，所有的实验都被限制在透射电子显微镜的物理限制范围内，因为它们的样品室很小，只有毫米大小。在这项工作中，我们展示了在扫描电子显微镜中电子与光之间的量子相干耦合，在前所未有的低电子能量低至10.4千电子伏，因此与亚相对论电子。扫描电子显微镜不仅提供了尚未开发的电子能量从~0.5到30 keV提供最佳的光耦合效率，但他们也提供了宽敞的和易于配置的实验室扩展和级联的光学设置，可能拥有成千上万的光子-电子相互作用区。我们的研究结果释放了量子实验的全部潜力，包括电子波包整形和量子计算与多个算术运算，并将允许成像与低能电子和阿秒时间分辨率。
2021-10-02 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Sensing Spin Systems with a Transmission Electron Microscope
本文提出将自旋共振谱学与透射电镜结合，利用电子束感知微波驱动的自旋进动，实现纳米尺度自旋动力学的皮秒级原位探测。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Spin Resonance Spectroscopy with an Electron Microscope
本文提出一种基于微波泵浦场和电子探针、专为电子显微镜设计的泵浦-探测自旋共振光谱方法，可利用透射电镜探测极小相移，实现纳米尺度自旋动力学的状态选择性观测及自旋系统环境的间接测量。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Flux-trapping characterization for superconducting electronics using a cryogenic widefield N-$V$ diamond microscope
MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）；Quantum Science and Engineering Program, Harvard University（哈佛大学量子科学与工程计划）
本文提出一种低温宽视场NV钻石磁显微镜，用于快速成像超导器件中的磁通量束缚，揭示了Nb薄膜和图案化条带中磁通量排斥行为的临界转变，为超导电子的可扩展性提供了新的见解。
2026-04-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
One-dimensional ghost imaging with an electron microscope: a route towards ghost imaging with inelastically scattered electrons
在量子力学中，纠缠和关联不仅仅是一个偶然的好奇心，而是相互作用量子系统基础上的常见现象。在电子显微镜中，这些概念还没有被广泛地探讨其所有含义;特别是，非弹性散射可以重新分析电子束和样品之间的相关性。虽然经典的非弹性散射只是意味着电子束中的相干性损失，但对电子束和样品激发进行联合测量可以恢复相干性和丢失的信息。在这里，我们建议利用联合测量电子显微镜的一个令人惊讶的和反直觉的应用的概念，鬼成像。首先在量子光子学中提出的鬼成像可以部分地应用于电子显微镜中，通过在透射电子束的部分和从到达桶检测器的样品发射的光子之间执行联合测量。这将允许我们形成甚至没有与电子束直接相互作用的物体的一维虚像。这种技术对于需要使电子敏感材料的辐射暴露最小化的低剂量成像是非常有前途的，因为对象与其他形式的波相互作用，光子/表面等离子体激元，而不是电子束。我们从理论上证明了这一概念的任何非弹性电子样品相互作用，其中电子激发一个单一的量子集体模式，如光子，等离子体，声子，磁振子，或任何光学极化子。
2021-06-14 physics.optics quant-ph
Heisenberg, uncertainty, and the scanning tunneling microscope
我们通过对高分辨率扫描隧道显微镜（STM）实验的统计分析表明，将电子电荷密度解释为统计量会导致与海森堡不确定原理的冲突。考虑到这些实验的精确性，我们发现，如果这种解释是正确的，那么不确定原理将被违反近两个数量级。因此，我们不得不得出结论，电子电荷密度是物理上真实的，即，原则上可以精确测量。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scanning Gate Spectroscopy of transport across a Quantum Hall Nano-Island
我们探讨了通过一个超小量子霍尔岛（QHI）形成的封闭量子霍尔边缘态和连接到传播边缘通道通过隧道势垒的输运。扫描门显微镜和扫描门光谱被用来首先定位，然后研究一个单一的QHI附近的量子点接触。在光谱中库仑钻石的存在证实了库仑阻塞控制着穿过QHI的输运。通过改变显微镜尖端的偏压以及整个设备的电流偏置，我们发现了QHI离散能谱所产生的电子约束，我们提取的约束势和边缘状态的速度的梯度的估计。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-pass transmission electron microscopy
费曼曾要求物理学家建造更好的电子显微镜，以便能够观察生物学的工作。虽然电子显微镜现在可以提供原子分辨率，但电子束引起的样品损伤妨碍了敏感材料（例如单个蛋白质或聚合物）的高分辨率成像。在这里，我们使用模拟表明，一个电子显微镜的基础上simplemulti-pass测量协议，使单一蛋白质的成像在减少损害和纳米分辨率，而不平均结构overmultiple图像。虽然我们证明了特定的成像目标的方法，该方法是广泛适用的，预计将提高分辨率和灵敏度的范围内的电子显微镜成像模式，包括，例如，扫描和光谱技术。该方法实现了一个量子力学的最优策略，在理想化的条件下，可以被认为是无相互作用的。在实践中，一个数量级的减少在同等分辨率的损害似乎是可行的。
2016-12-15 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Photodetachment Microscope with Repulsive Coulomb Field
研究负离子光剥离过程中的高相干电子波，为发展高分辨全息电子显微术提供了物理基础。干扰模式被认为是在稳态波方法的框架。在半经典近似中，出射波的振幅沿轨迹缓慢变化。利用非齐次薛定谔方程，给出了电子与负离子光剥离的量子描述。它的渐近解用格林函数表示，格林函数对均匀电场和库仑场都有精确的表示。结果表明，在离离子较近的距离内，排斥库仑场对干涉图样的放大是有效的。正如这种情况所示，第一次可以通过全局半经典近似或更粗略地通过简单均匀场近似来计算渐进区域中的干涉图样。讨论了新的建议和可能的参数的实验测量方案的效果。
2011-11-06 physics.ins-det quant-ph
Second Quantization: Gating a Quantum Dot Through the Sequential Removal of Single Electrons from a Nanoscale Floating Gate
本文提出用AFM针尖作为可移动低温开关对纳米级浮栅充电，将量子点浮栅电极缩小至约100纳米，并通过单电子泄漏统计测得约10^19欧姆的浮栅泄漏电阻。
2023-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement-assisted electron microscopy based on a flux qubit
在高分辨率生物电子显微镜中，一个臭名昭著的问题是探针电子对样品造成的辐射损伤。因此，用最少数量的电子采集数据是至关重要的。量子方法可能是在这种情况下提高分辨率的唯一方法，但迄今为止提出的所有方案都要求在高度非常规的电子光学中对电子束进行精细控制。在这里，我们提出了一个方案，涉及一个基于射频超导量子干涉器件（rf-SQUID）的磁通量子比特，插入基本上是一个传统的透射电子显微镜。该方案大大提高了实现辐射敏感样品的量子增强电子显微镜的前景。
2013-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization-preserving confocal microscope for optical experiments in a dilution refrigerator with high magnetic field
我们提出了一种基于光纤的低温共焦显微镜的设计和操作。它被设计为一个紧凑的冷指，适合在超导磁体的孔内，这是一个模块化的单元，可以很容易地在稀释制冷机和其他低温恒温器之间交换使用。我们的目标是在量子光学实验中的应用与半导体中的电子自旋和设计已被优化的驱动，并检测光场具有明确的偏振。这是通过经由保偏光纤的光学接入以及冷指处的Voigt几何结构来实现的，该冷指避免了高磁场中的光学部件中的法拉第旋转。我们的单位是多功能的实验中使用，测量光致发光，反射，或传输，因为我们证明了与施主束缚电子在薄GaAs薄膜的合奏量子光学实验。
2010-10-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Magnetic Field Fingerprinting of Integrated Circuit Activity with a Quantum Diamond Microscope
有源集成电路（IC）中的电流密度分布导致包含关于IC的结构和功能信息的磁场图案。磁场可穿透半导体行业使用的标准材料，为安全和故障分析应用提供了一种强大的识别IC活动的手段。在这里，我们展示了高空间分辨率，宽视场，矢量磁场成像的静态（DC）磁场发射从IC在不同的活动状态，使用量子金刚石显微镜（QDM）。QDM在IC上放置的透明金刚石衬底的表面附近采用密集的荧光氮空位（NV）量子缺陷层来成像磁场。我们表明，QDM成像实现了同时$\sim10$ $μ$ m分辨率的所有三个矢量磁场组件在3.7毫米$\times$ 3.7毫米的钻石视场。我们研究活动所产生的空间相关的电流在完整的和解封的现场可编程门阵列（FPGA），并发现QDM图像可以确定预编程的IC活动状态与高保真度使用机器学习分类方法。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
