Diamantnåle udsender intense bundter af elektroner, når de belyses af lys

(Phys.org) - For første gang, forskere har demonstreret, at lysende en nanosekundpulseret laser ved bunden af ​​en 100 µm lang diamantnål kan øge elektronemissionen betydeligt fra nålens spids. Evnen til at kontrollere elektronemission med lys på denne måde har potentielle anvendelser i bærbare røntgenkilder, elektronmikroskoper, og sensorer.

Forskerne, V. Porshyn et al., har udgivet et papir om de elektronemitterende diamantnåle i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

"Vores forskning viser, hvordan energien og ladningstransporten fungerer i en diamantnål generelt, "Fortalte Porshyn Phys.org . "Også, vi viser, at en fotostimuleret diamantnål er i stand til at udsende picocoulomb -elektronbundter inden for nanosekunder. Dermed, den observerede strøm er nok til at betjene en kompakt bærbar røntgenkilde. I et ideelt tilfælde, enheden kan være så lille som en pen. "

Det faktum, at diamant overhovedet udsender elektroner, er noget overraskende, da diamant i bulk er en elektrisk isolator. Men forskerne fandt ud af, at selv når den ikke udsættes for belysning, diamantnåle udviser en lille elektrisk ledningsevne ved stuetemperatur. Forskerne tilskrev denne lille ledningsevne til materialefejl.

Imidlertid, da forskerne belyste bunden af ​​diamantnåle i vakuum med en nanosekund pulserende laser, elektronemissionen fra nålespidsen steg kraftigt. Denne observation tyder på inddragelse af en langdistancetransportmekanisme langs hele 100 µm nålens længde.

Forskerne foreslår, at excitoner, som er bundne tilstande for elektroner og huller, give den underliggende mekanisme. Excitonerne bliver begejstrede over laserens energi og formerer sig langs nålen som en vandrende bølgepakke. Nogle af disse excitoner ioniseres af det elektriske felt, genererer "varme elektroner", der udsendes ved spidsen af ​​nålen.

Forskerne forventer, at elektronemitterende diamantnåle kan tilbyde potentielle fordele for en række forskellige enheder, der bruges til forskning.

"Du kan, for eksempel, meget effektivt finde ud af arten af ​​et ukendt materiale med en røntgenkilde ved hjælp af en diamantnål ved hjælp af røntgenfluorescensspektroskopi, "Sagde Porshyn." Hvis du sætter denne nål som en katode i et elektronmikroskop, du kan lettere nå en meget høj opløsning (op til en nanometer), fordi du har en meget effektiv punktfeltemitter. Selvfølgelig, du kan bruge nålen som sensor til at registrere lys, såvel."

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge opvarmning af diamantnåle for at forbedre fotoresvaret, samt at teste nålene i en triode -konfiguration, som typisk bruges i røntgenkilder.

© 2017 Phys.org