Phasenraumkontrolle von Elektronen in photonischen Nanostrukturen – veröffentlicht in Nature
Mit Hilfe von optischen Nahfeldern, erzeugt durch ultrakurze Laserpulse an einer Silizium-Nanostruktur, können freie Elektronenpulse gezielt auf optischen Zeitskalen manipuliert und beschleunigt werden. Diese Beschleunigungstechnologie ist bekannt als dielektrische Laserbeschleunigung (DLA) – umgangssprachlich Beschleunigung auf einen (nanophotonischen) Chip genannt. Die Vorteile gegenüber konventionellen Beschleunigungsmethoden sind die hohen Beschleunigungsgradienten und die damit kompakte Größe der Strukturen. In unserer jüngsten Veröffentlichung nehmen wir einen weiteren Schritt, mit Hilfe von DLA-Technologie einen Beschleuniger auf einem Chip zu bauen. Wir konnten zeigen, dass alternierende Phasenfokussierung, eine altbekannte Technik zur Teilchenstrahlführung, auch für DLA adaptiert werden kann. Hierzu haben wir eine Nanostruktur entworfen, die mit Hilfe von kleinen Lücken dazu führt, dass Elektronen einmal transversal fokussiert und longitudinal defokussiert werden, und einmal longitudinal fokussiert und transversal defokussiert werden. Wenn man alles richtig macht, lässt sich der Elektronenstrahl durch dieses Alternieren beliebig lange führen – er erfährt damit eine Netto-Kollimierung und die Elektronenpulse werden zusammengehalten. Diese Ergebnisse demonstrieren wir erstmal experimentell in einer 80 µm langen Doppelkolonnadenstruktur. Wir zeigen damit erstmals komplexe Phasenraumkontrolle von Elektronen bei optischen Frequenzen. Hier findet sich der Link zur Veröffentlichung in Nature, hier ein Link zur frei zugänglichen Version auf arXiv.