渦旋是自然界中一種常見且神秘的現象，例如，河里的水漩渦和天上的龍卷風，以及宇宙空間中的螺旋星云。在科學界，近年來，渦旋光束和渦旋電子束都引起了世界各國科學家的廣泛關注。而具有軌道角動量的渦旋光束已經在量子通信、空間光通信和光學顯微操控等領域扮演著重要角色。
電子科技大學楊元杰副研究員在研究渦旋現象的過程中，發現了兩個有意思的問題。一是目前國際上提出的產生渦旋光束、電子束的很多方法都用到了旋轉對稱結構，并且這些結構外形差別很大。雖然每篇文獻都對他們提出的方法本身進行了詳細的描述，報道了是怎么做的，但是并沒有解釋為什么那樣的結構可以產生特定的渦旋光束。
二是目前提出的產生渦旋電子束的方法，一般只能產生具有簡單空間結構的渦旋電子束。即便如此，很多實驗方案中的樣品加工難度依然很大。由于目前尚無對應于空間光調制器的“空間電子調制器”，因此，很難產生具有復雜空間結構的渦旋電子束，雖然這類特殊空間結構的渦旋電子束也具有重要的研究價值和應用前景。
針對以上問題，楊元杰副研究員在理論公式推導的基礎上，發現了隱藏于這類旋轉對稱結構背后的一個共同的規律——軌道角動量選模原理，它揭示了旋轉對稱結構的對稱性與產生渦旋場的軌道角動量的對應關系。該原理可以成功解釋目前已有文獻中報道的很多實驗現象。
有趣的是，楊元杰副研究員在向日葵瓜子分布圖案的啟發下，利用該原理，設計出了能夠產生復合渦旋電子束的電子篩。該電子篩的結構就像一個向日葵(如上圖)，采用聚焦離子束打孔即可，加工難度小。利用該電子篩，楊元杰副研究員與約克大學Thirunavukkarasu博士、Babiker教授 和 Yuan教授一起，在實驗上首次得到了具有三重簡并結構（拓撲荷數分別為-11, 44和-55）的復合渦旋電子束，合作完成了論文。相關研究發表在國際物理類頂級期刊Physical ReviewLetters上。
論文信息：
Y. Yang, G.Thirunavukkarasu, M. Babiker, and J Yuan. Orbital-angular-momentum modeselection by rotationally symmetric superposition of chiral states withapplication to electron vortex beams. Phys. Rev. Lett., 119：094802 (2017).
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