基于相对论自由电子的量子物理

摘要：

光和物质的相互作用是物理学中一个基本研究领域.电子是最早被发现组成物质的基本粒子,因此电子与光场(光子)的相互作用很早就引起人们的研究兴趣.电子分为束缚电子与自由电子.束缚电子系统的跃迁会受到能级固定、选择定则等约束,自由电子则不然.近十多年来,随着超快电子显微镜技术的发展,人们提出并发展了用于描述量子自由电子(电子波包)和光场相互作用的理论—基于光子诱导近场电子显微成像过程,成功展示了许多新奇量子效应以及新应用.目前,人们把光子诱导近场电子显微拓展量子光学中并展示了许多新奇现象,包括自由电子和腔光子的纠缠、自由电子和自由电子的纠缠、自由电子量子比特、新奇光量子态制备等,从而开启了基于自由电子的"量子光学"时代.本文首先概述了电子与光子的相互作用研究,随后综述了光子诱导近场电子显微成像的理论、实验进展,介绍了其应用场景.最后,我们对基于自由电子的量子物理研究目前遇到的困难进行了总结,并对未来发展进行了展望.

关键词：光子诱导近场电子显微成像、自由电子、量子光学、时间分辨成像

所属期刊栏目：71

分类号：O412.1;O571.6;P142

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金;国家自然科学基金;资助的课题

在线出版日期：2022-12-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共23页

页码：154-176