Un trio di ricercatori dell'Università di Göttingen, Université de Technologie de Troyes e Université Paris-Saclay, ha sviluppato un percorso teorico per la nanospettroscopia a fascio di elettroni polarizzati. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Fisica della natura , Hugo Lourenço-Martins, Davy Gérard e Mathieu Kociak, delineare una teoria che implica stabilire una relazione tra spettroscopia ottica polarizzata e diffusione di elettroni liberi. David Masiello con l'Università di Washington ha pubblicato un pezzo di News &Views nello stesso numero della rivista che delinea il lavoro dei ricercatori.

La spettroscopia elettronica viene utilizzata per studiare la struttura elettronica di atomi e molecole. Può essere utilizzato anche per studiare la dinamica di tali strutture. La tecnologia si basa sull'analisi delle energie emesse dagli elettroni. Ma come nota Masiello, un problema con la spettroscopia elettronica è che senza polarizzazione, non è in grado di fornire lo stesso tipo di funzioni della spettroscopia ottica. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno trovato una relazione tra la spettroscopia ottica (che è polarizzata) e la dispersione degli elettroni liberi, una scoperta che suggerisce la possibilità di una nanospettroscopia a fascio di elettroni polarizzati. Per trovare questa relazione, hanno concentrato i loro sforzi sui doppi limiti opposti che si verificano durante la diffusione di fasci di elettroni a vortice che hanno bersagli non localizzati. Hanno iniziato dando un'occhiata al limite della vita larga e poi al limite della vita stretta (dove il laser era focalizzato molto chiaramente). Sono quindi passati a un'analisi della diffusione anelastica degli elettroni in vari scenari. Così facendo, hanno scoperto che i fotoni virtuali vengono scambiati quando un raggio di vortice di elettroni liberi viene sparato su un bersaglio, rivelando una connessione tra scattering anelastico di onde elettroniche scalari e spettroscopia ottica polarizzata. Hanno quindi escogitato una formula matematica per descrivere il segnale di perdita di energia dell'elettrone polarizzato, che hanno usato per derivare la probabilità di perdita di energia.

Il risultato del loro lavoro ha mostrato che la perdita di energia durante la spettroscopia consente di misurare la densità elettromagnetica polarizzata degli stati (in particolare lo stato di spin) e ciò suggerisce che la perdita di energia in tali sistemi può essere utilizzata per affrontare i problemi con la nano-ottica, possibilmente portando alla nano-spettroscopia a fascio di elettroni polarizzati.

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