On Exchange of Orbital Angular Momentum Between Twisted Photons and Atomic Electrons
本文给出了扭曲（拉盖尔-高斯分布）光子与氢原子散射的矩阵元表达式。我们认为光子进入的轨道角动量（OAM）的$\ell \hbar$，携带的一个因素$e^{i \ell ϕ}$不存在于一个平面波或纯高斯轮廓光束。研究了OAM的$+2\ell$单元从光子到原子方位角量子数的转移性质。我们得到简单的公式，这些OAM翻转转换的弹性前向散射的扭曲光子时，光子波长$λ$是大的相比，原子的目标尺寸$a$，和小的瑞利范围$z_R$，它的特点是扭曲的光子束的准直长度。
2012-06-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Angular momentum transport with twisted exciton wave packets
具有CN或CNh对称性的共面分子链支持具有螺旋状结构的激子态。这些可以用轴向波数和方位角绕组数的组合来量化。这些状态的组合可以用来构造激子波包，其以良好确定的线性和角动量螺旋下降链。这些扭曲的激子波包可以使用激光脉冲产生和湮灭，并且它们的角动量可以在传输期间被光学修改。这允许创建光激子电路，其中编码在光的角动量中的信息被转换成可以被操纵、传输然后重新发射的激子波包。一个紧密绑定的范式被用来证明的关键思想。然后，该方法扩展到量化的扭曲激子波包在多体，多层次的时域密度泛函理论设置的演变。在这两种情况下，数值方法的开发，使网站到网站的角动量转移进行量化。
2017-06-30 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Twisted-photons Distribution Emitted by Relativistic Electrons at the Axial Channeling
该研究在量子电动力学框架下提出计算任意角度扭曲光子辐射的新方法，首次建立轴向沟道电子的扭曲光子辐射理论并计算其角分布。
2024-03-04 quant-ph
Quantifying phases in homogenous twisted birefringent medium
光学介质的内部双折射通过入射偏振光的自然旋转产生动态相位。介质的均匀扭曲在系统中引起外双折射，这可以通过介质$k$的单位厚度角扭曲与立体角的几何相位来表示，并指出了在$l=1$轨道角动量球中的等效物理分析。
2013-03-03 physics.optics quant-ph
Holographic generation of highly twisted electron beams
在自由空间传播时，自由电子可以具有与电子云中的那些类似的固有轨道角动量。对应于电子波函数的波阵面形成螺旋结构，其扭曲的数量由\emph{angular speed}给出。具有高扭转数的束是特别感兴趣的，因为它们围绕传播轴携带高磁矩。在几种不同的技术中，电子全息术似乎是将\emph{conventional}电子束成形为具有大角动量值的螺旋形式的有前途的方法。在这里，我们提出并制造纳米制造的相位全息图，用于产生这种光束的轨道角动量高达200 $\hbar$。基于一种新的技术，测量了产生的光束的轨道角动量，并与模拟结果进行了比较。我们的工作，除了技术上的成就，可能会导致一种方式产生的电子束与高量子的磁矩沿传播方向，因此可能会被用于研究材料的磁性和操纵纳米粒子。
2014-12-11 physics.optics quant-ph
Experimental Verification of Position-Dependent Angular-Momentum Selection Rules for Absorption of Twisted Light by a Bound Electron
我们分析了原子的多极激发与扭曲的光，即，携带轨道角动量的涡旋光场单个捕获的$^{40}$ Ca $^+$离子用作激发场的局部化和定位探针。我们驱动的$S_{1/2} \to D_{5/2}$过渡和观察不同的过渡的相对强度，取决于离子的横向位置相对于中心的涡旋光场。另一方面，计算了贝塞尔光束、贝塞尔-高斯模和高斯-拉盖尔模形式的扭曲光场的跃迁振幅。分析实验获得的跃迁振幅，我们发现与理论预测的协议在优于3%的水平。最后，我们提出了测量方案与双离子晶体，以提高在未来的实验中的涡旋模式的传感精度。
2017-09-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Angle-Resolved Attosecond Streaking of Twisted Attosecond Pulses
本工作的重点是通过泵-探测装置中的能量和角度分辨阿秒条纹来表征扭曲阿秒脉冲中编码的轨道角动量（OAM）的量。结果表明，线极化扭转脉冲产生的光电子谱具有不同的OAM值，呈现出角调制，而圆极化扭转脉冲产生的光电子谱具有角各向同性。结果表明，能量分辨和角度分辨条纹谱对扭曲脉冲的OAM值敏感。此外，扭曲泵浦脉冲和强红外探测脉冲的偏振的不同组合对拖尾光谱的影响也不同。描述的OAM携带扭曲的阿秒脉冲开辟了可能性，探索螺旋光物质相互作用的阿秒时间尺度。
2020-06-02 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Qutrit Clifford+T gates by two-body angular momentum couplings, rotations and one-axis-twistings
University of Brasilia（巴西利亚大学）
本文提出利用两体角动量耦合、旋转和单轴扭曲操作实现三能级Clifford+T门，展示了其在量子系统中的实验可行性。
2026-04-24 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph physics.optics
Two-dimensional excitons from twisted light and the fate of the photon's orbital angular momentum
作为两个带相反电荷的粒子的束缚态，激子作为氢原子的电子类似物从光激发的半导体中出现。在二维（2D）情况下，在量子阱系统或真正的2D材料（例如过渡金属二硫属化物）中实现，激子的相对运动由两个量子数描述：主量子数$n$和用于沿着垂直轴的角动量的量子数$j$。角动量守恒要求在平面波照射的系统中，只有激子的$j=0$态是光学活性的。在这里，我们考虑的情况下，空间结构光源，特别是扭曲光束与非零轨道角动量每光子。在所谓的偶极近似下，光源的空间变化发生在远大于半导体晶胞尺寸的长度尺度上，我们表明光子（线性和/或角）动量耦合到激子的质心（线性和/或角）动量。我们的研究建立了激子的内部状态的选择规则，从而激子光谱，是独立于光源的空间结构。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Torus Knot Angular Momentum in Twisted Attosecond Pulses from High Harmonic Generation
双环扭转拉盖尔-高斯光束具有确定的环面纽结角动量（TKAM）作为一种新的角动量形式。TKAM在高次谐波产生等非线性原子过程中是守恒的，可以通过时间延迟参数$τ$和配位参数$γ$进行分类。这些参数由两个叠加的拉盖尔-高斯光束各自的投影轨道角动量和能量定义。我们推导出一个一致的几何方法来确定$τ$和$γ$从驱动光束以及从高次谐波辐射。该方法将两个不变性参数（$τ$和$γ$）与发射的高次谐波辐射相关联。因此，可以从两个不同的环面结读取$τ$和$γ$。这些结可以由相应的高次谐波辐射或驱动束的电场的时空演化构造。本文给出了双环拉盖尔-高斯光束辐照平面原子气体靶的不变性参数的分类。此外，我们证明了由$τ$和$γ$确定的各自的环面结可以在微小的修改内映射到彼此上。这种几何方法产生了一种不同的方式来解释的不变性参数$τ$和$γ$，以及它们的基本关系相比，一个纯粹的形式推导。在这项工作中提出的调查是在良好的协议与以前的研究结果，并提供洞察TKAM的动力学对称性的背景下，由双环扭曲拉盖尔-高斯光束引起的高次谐波产生。
2021-07-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Twisted-light-induced optical transitions in semiconductors: Free-carrier quantum kinetics
本文从理论上研究了体半导体中由携带轨道角动量的光或扭曲光引起的带间跃迁和量子动力学。我们提出的问题的海森堡方程的运动的电子人口，和带间和带内相干。我们的理论将自由载流子半导体的布洛赫方程推广到扭曲光激发的情况。该理论是用柱坐标，这是更好地适合于描述与扭曲的光比通常用于研究规则的光激发的笛卡尔坐标的相互作用。我们解决了运动方程在低激发制度，并获得解析表达式的相干态和人口，与这些，我们计算的轨道角动量转移到电子和顺磁和反磁电流密度。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emission of twisted light from quantum dot arrays with a discrete rotational symmetry
我们从理论上探讨了量子点圆形阵列的光学性质。这种结构，我们称之为圆形发射器阵列（CEA），可以通过发射和吸收圆偏振光以及携带轨道角动量的光来交换光学角动量。推导出带间和带内跃迁率的解析表达式，并确定了选择规则。在对CEA进行建模时，只考虑量子点的关键特性。这将我们的模型的适用性扩展到由各种量子点组成的CEA。最后确定了CEA的特定光学性质的调谐的设计原则。这为设计一种由CEA表面组成的超材料开辟了前景，这种超材料可以上转换光学角动量。
2021-01-18 physics.optics quant-ph
Wave function of a photon produced in the resonant scattering of twisted light by relativistic ions
本文从理论上研究了部分剥离离子对带有角动量的扭曲光的共振弹性散射。特别强调的是放置在一个问题上的散射辐射是否也扭曲。为了研究这种“角动量转移”，我们开发了一种方法，使我们能够找到一个量子态的最终光子，而不投影到一个检测器状态。导出了这种所谓的出射辐射的\textit{evolved}态的一般表达式，它可以用来分析任何离子的共振散射，而与其壳层结构无关。在这里，我们说明了我们的方法与强电偶极子$n S_{0} \to n' P_{1} \to n S_{0}$过渡，在欧洲核子研究中心的伽马工厂项目中发挥了重要作用。对于入射的贝塞尔光，散射的辐射被示出为在扭曲模式的总角动量$m_f = 0, \pm 1$的投影的叠加。通过诱导更高多重性的跃迁可以有效地产生更大的$m_f$值。这种角动量转移，加上一个显着的截面，这是许多数量级大于后向康普顿散射，使共振光子散射的有效工具，生产扭曲的x-甚至伽马-射线在伽马工厂设施。
2021-08-11 hep-ph physics.atom-ph quant-ph
Photoexcitation of graphene with twisted light
我们从理论上研究了扭曲光与石墨烯的相互作用。在Dirac点附近确定了石墨烯中电子紧束缚态之间的光-物质相互作用矩阵元。我们研究的动力学的光激发过程中提出的密度矩阵的运动方程和工作到二阶的领域。为了阐明角动量转移的机制，研究了光激发电子的角动量及其相关光电流的时间演化。我们发现，自旋和轨道角动量从光到电子的转移在这里更类似于半导体中的带内跃迁而不是带间跃迁，这是因为石墨烯的两个相关能带起源于相同的原子轨道。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Elastic scattering of twisted neutrons by nuclei
本文给出了在库仑相互作用和强相互作用之间的干涉是必不可少的运动学体系中扭曲中子被原子核散射的理论形式。扭曲的中子有一定的量子化值的角动量投影沿传播方向，我们表明，它的散射截面，自旋不对称性和极化的散射中子的结果在新的可观察的效果。我们证明了由光束的轨道角动量提供的额外能力，使新的技术用于测量散射振幅的实部和虚部。几种可能的观测量被认为是，其中的目标可能是本地化的空间光束轮廓，或散射发生非相干的核在散装目标。所发展的方法可应用于其他强相互作用的扭曲粒子的核反应。
2021-02-25 nucl-th quant-ph
A reversible optical memory for twisted photons
我们报道了一个实验，其中光的轨道角动量映射到一个冷原子系综和出单光子水平。基于动态电磁感应透明协议，所展示的光学存储器能够可逆地映射拉盖尔-高斯模式，同时保留螺旋相位结构的手性。所展示的能力为存储编码为轨道角动量态叠加的量子比特和多维光物质界面提供了可能性。
2013-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Thermal Emission Control via Twist Tuning of Embedded Eigenstates
热发射工程领域显示出巨大的应用潜力，如照明，能量收集和成像，使用自然或人工结构。然而，现有的结构在制造中面临挑战，或者不提供对诸如发射强度、光谱组成和角分布的关键参数的必要程度的控制。为了解决这些限制，我们提出了一种新的方法，利用平面内双曲响应，嵌入本征态启用ε接近零，并通过扭曲在α-MoO 3异质结构的特殊可调谐性。通过调整扭曲角，我们可以操纵系统的属性，将其从近乎完美的反射器转变为完美的吸收器。这使我们能够控制热发射功率，跨越一个数量级。此外，我们的研究发现了显着的角度依赖性的热发射，这与相对旋转。
2023-03-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum calculation of the Vavilov-Cherenkov radiation by twisted electrons
给出了透明介质中相对论扭曲电子发射的Vavilov-Cherenkov辐射的详细量子电动力学描述。简单的表达式的光谱和光谱角分布以及所发射的辐射的偏振特性。与平面波的情况不同，扭曲的电子在环形角区域内产生辐射，朝向其边界增强。此外，发射的光子不仅在散射平面上而且在正交方向上可以具有线性偏振。我们发现电子在两个涡旋态的叠加态中发射的Vavilov-Cherenkov辐射具有很强的方位角不对称性。因此，Vavilov-Cherenkov辐射本身提供了一个方便的诊断工具，这样的电子和补充传统的显微镜成像。
2016-02-16 hep-ph physics.optics quant-ph
Second-order moment equivalence of twisted Gaussian Schell model beams and orbital angular momentum eigenmodes
Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学）；Universidad de Concepción（康塞普西翁大学）；Universidad del Bío-Bío（比奥比奥大学）；Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）
研究揭示了任意圆对称相干轨道角动量本征模与扭曲高斯舍尔模型光束的二次矩矩阵具有相同形式，为不同光束家族的参数对应提供了直接识别方法。
2026-05-14 physics.optics quant-ph
Atomic-superfluid heat engines controlled by twisted light
School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院物理与天文学院）
本研究提出利用扭曲光控制的量子热机，通过调节轨道角动量实现热机效率的可逆切换与优化。
2026-02-01 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Scattering of a twisted electron wavepacket by a finite laser pulse
在相对论量子力学中研究了扭转电子与线偏振激光脉冲碰撞的行为。为了更好地拟合实验条件，我们引入了高斯型的初始电子态空间分布和激光脉冲的包络函数，使得两个相互作用的物体沿激光传播方向具有有限的尺寸。对于这种设置，我们分析了各种可观察到的电子状态的量的动态：概率密度，角动量，和空间坐标的平均值。结果表明，扭转波包的运动可以准确地描述平均在经典的轨迹与各种方向的横向动量分量。另一方面，全量子模拟表明，当激光脉冲具有非零电场区域时，电子的总角动量在相互作用后仍然存在，从而导致横截面上的波包环结构发生显著的畸变.
2022-05-31 hep-ph quant-ph
Doing spin physics with unpolarized particles
扭曲或涡旋粒子是指具有螺旋波阵面的自由传播的非平面波状态。在这种状态下，粒子相对于其平均传播方向具有非零的轨道角动量。扭曲的光子和电子已经在实验中得到证实，并且可以预期在扭曲状态下产生其他粒子。如果引入碰撞，扭曲态为粒子物理学提供了一个新的自由度，现在是时候分析可能会出现什么新的见解了。在这里，我们从理论上研究了扭曲光子碰撞和扭曲$e^+e^-$湮灭中的共振产生，并表明这些过程作为一个完全新颖的探测自旋和宇称敏感的观测值在完全包容的截面与非极化的初始粒子。这是可能的，因为具有非零角动量的初始状态明确地打破了左右对称性，即使在螺旋度上平均时也是如此。特别是，我们可以产生几乎$100\%$极化矢量介子在非极化扭曲$e^+e^-$湮灭和如何控制其极化状态。
2019-11-19 hep-ex hep-ph quant-ph
High-Multipole Excitations of Hydrogen-Like Atoms by Twisted Photons near Phase Singularity
本文计算了类氢原子受扭曲光子态和角动量在传播方向上投影超过$\hbar$的光子态激发的跃迁振幅和跃迁截面。如果目标原子位于涡旋中心的相位奇点附近的原子尺寸量级的距离处，则到具有轨道角动量$l_f>1$的状态的跃迁速率变得与电偶极跃迁的速率相当。结果表明，当跃迁率归一化为局域光子通量时，所得到的$l_f>1$散射截面在光涡旋中心附近是奇异的。讨论了与Berry和Dennis提出的“量子核”概念的关系。
2016-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Atomic Spectroscopy with Twisted Photons: Separation of M1--E2 Mixed Multipoles
我们分析了扭曲光子或沿其传播方向携带额外轨道角动量的光子对原子光激发到离散态的影响。从角动量和宇称的考虑，我们能够扭转光子的光激发振幅与它们的平面波类似物，独立的原子波函数的细节。我们分析了电离态原子混合多极$E2-M1$跃迁的光吸收截面，发现了光子拓扑结构的根本差异。我们的理论分析表明，它是可能的，以提取不同的多极贡献的相对跃迁率作为原子的位置（或碰撞参量）相对于光学涡旋中心的函数测量的光激发率。所提出的多极子分离技术可以实现，如果目标的原子位置是解决与亚波长精度，例如，与保罗陷阱。数值例子硼类高电荷态离子（HCI）。
2018-01-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Twisted electron in a strong laser wave
携带轨道角动量（OAM）的电子最近在理论上被发现，并在实验上获得，这为在高能物理中使用它们开辟了可能性。我们考虑这样一个扭曲的电子在平面电磁波的外场中运动，研究了外场对电子的OAM的影响。由于高功率激光器的发展，我们把注意力集中在一个经典的强场制度，其中$-e^2 \bar {A^2}/m_e^2 c^4 \gtrsim 1$。结果表明，除了著名的“平面波”Volkov解外，Dirac方程还有“非平面波”解，它具有OAM和自旋轨道耦合，推广了自由电子的Bessel态.具有OAM的电子在圆偏振激光波中的运动揭示了双重特征：波包中心沿着经典的螺旋轨迹运动，即使对于自由电子也存在一定的量子横向加宽（由于OAM）。使用扭曲的状态，我们计算电子的总角动量和预测其在强场制度，这是类似于众所周知的电子的动量和质量的变化（和一个不太知名的移动其自旋）在强场。由于电子的有效角动量在平面波中是守恒的，以及在一些更一般的场配置，我们讨论了几种可能的加速非相对论扭曲电子通过使用聚焦和组合电磁场。
2012-11-21 hep-ph physics.acc-ph physics.optics
Angular Momentum of a Photon and Phase Conjugation
利用理想相位共轭镜的概念，我们证明了无论内部物理机制如何，奇异激光束的相位共轭都伴随着内波的激发，内波携带加倍的角动量，以满足角动量守恒。对于布里渊超声波前反转镜，这意味着属于散斑图案的每个基本光学涡旋发射具有双倍拓扑电荷的声学涡旋波。得到了位相奇点附近光强和超声波强度的精确空间分布。这些螺旋轮廓具有双螺旋的形式，其随着声音的频率旋转。提出了一个光声实验，用于可视化扭曲光束的波前反转和可调谐扭曲声的产生。
2008-05-12 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
