von Jan Vogelsang ; Lukas Wittenbecher ; Sara Mikaelsson ; Chen Guo ; Ivan Sytcevich ; Anne-Lise Viotti ; Cord L. Arnold ; Anne L’Huillier ; Anders Mikkelsen
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung eines ultraschnellen TEM, das auf einem modifizierten Schottky-Feldemitter basiert. Das Mikroskop verfügt über eine räumliche Auflösung im Nanometerbereich, eine zeitliche Auflösung von unter 300 fs und eine Energieauflösung von 0,6 eV. Außerdem werden holographische Phasenplatten verwendet, um Drehimpuls-Überlagerungszustände in einem TEM zu erzeugen. Die radiale und rotatorische Kontrolle dieser Zustände wird gezeigt und mit einem Ansatz aus der Multiphotonen-Ionisation verglichen. Zudem wird kohärente Kathodolumineszenz in einem dielektrischen Resonator durch Elektronenstrahlen induziert. Die Kopplung von Elektronen mit einer Mikrofaser führt zu einer breitbandigen Anregung optischer Flüstergalerie-Moden. Schließlich werden die Emissionseigenschaften von spintronischen Terahertzemittern (STE) durch Oberflächenstrukturierung maßgeschneidert. Außerdem wird das Potenzial von STE für die in-situ-Strahlablenkung im UTEM gezeigt.
This thesis comprises the development and characterization of an ultrafast TEM based on a modified Schottky field emitter. In an optical-pump/electron-probe scheme, the microscope features a nanometer spatial, sub-300-fs temporal and 0.6-eV energy resolution. Besides, holographic phase plates are used to prepare orbital angular momentum superposition states in a TEM. Radial and rotational control of these states is shown and compared with a preparation technique using multiphoton ionization. Moreover, coherent cathodoluminescence is induced in a dielectric resonator by free-electron beams. Electron coupling with a microfiber results in broadband excitation of optical whispering-gallery modes. Finally, the emission properties of spintronic terahertz emitters (STE) are tailored by surface-patterning. Moreover, the potential of STE for in-situ beam deflection in UTEM is shown.
Low kinetic energy electrons are of interest for probing nanoscale dynamic processes using ultrafast electron microscopy techniques. Their low velocities reduce radiation doses and enhance the interaction with confined electromagnetic fields and, thus, may enable ultrafast spectroscopy of single nanostructures. Recent improvements in the spatial and temporal resolution of ultrafast, low-energy electron microscopy have been achieved by combining nanotip photoemitters and point-projection imaging schemes. Here, we use such an ultrafast point-projection electron microscope (UPEM) to analyze the interaction of low-energy electrons with transient electric fields created by photoemission from a nanogap antenna. By analyzing their kinetic energy distribution, we separate angular deflection due to radial field components from electron energy gain and loss due to their axial acceleration. Our measurements open up a route toward the spatial and temporal characterization of vectorial near-fields by low-energy electron streaking spectroscopy.
American Chemical Society ACS photonics Washington, DC : ACS, 2014 8(2021), 9, Seite 2573-2580 Online-Ressource
