Ny spiller inden for elektronfeltemitterteknologi giver bedre billeddannelse og kommunikation

(Phys.org) —Forskere ved National Institute of Standards and Technology og University of Maryland, College Park, har bygget en praktisk, højeffektiv nanostruktureret elektronkilde. Beskrevet i journalen Nanoteknologi , denne nye, patentanmeldt teknologi kan føre til forbedret mikrobølge kommunikation og radar, og især til nye og forbedrede røntgenbilledsystemer til applikationer inden for sikkerhed og sundhedspleje.

Mens termioniske elektronkilder som de varme filamenter inde i katodestrålerør stort set er blevet erstattet af lysdioder og flydende krystaller til skærme og fjernsyn, de bruges stadig til at producere mikrobølger til radar og røntgenstråler til medicinsk billeddannelse. Termioniske kilder bruger en elektrisk strøm til at koge elektroner af overfladen af ​​en trådfilament, ligner den måde, en glødepære bruger en elektrisk strøm til at opvarme et trådtråd, indtil det lyser.

Og som en glødelampe, termioniske kilder er generelt ikke særlig energieffektive. Det kræver meget strøm at koge elektronerne af, som spytter i alle retninger. Dem, der ikke går tabt, skal fanges og fokuseres ved hjælp af et kompliceret system af elektriske og magnetiske felter. Feltemissions elektronkilder kræver meget mindre strøm og producerer en meget mere retningsbestemt og let kontrollerbar strøm af elektroner.

For at bygge deres feltemissionskilde, NIST-teamet tog et hårdt materiale-siliciumcarbid-og brugte en kemisk proces ved stuetemperatur til at gøre det meget porøst som en svamp. De mønstrede det derefter i mikroskopiske emitterende strukturer i form af spidse stænger eller skarpe kanter. Når et elektrisk felt anvendes, disse nye feltemittere kan producere en elektronstrøm, der kan sammenlignes med en termionisk kilde, men uden alle ulemperne - og med mange fordele.

Ifølge medopfinder Fred Sharifi, de nye feltemittere har i sig selv hurtige responstider sammenlignet med termioniske kilder, og fraværet af varme gør det lettere at oprette arrays af kilder. I øvrigt, emitterernes porøse nanostruktur gør dem meget pålidelige. Selvom emitteroverfladen slides under brug - et almindeligt problem - fortsætter det nyligt eksponerede materiale lige så godt.

Sharifi siger, at NIST-feltstrålerne har potentiale til at forbedre opløsningen og kvaliteten af ​​røntgenbilleder og give mulighed for nye former for detektion.

"Røntgenbilleder er baseret på densiteten af ​​det materiale, der undersøges, som begrænser deres evne til at se bestemte typer materialer, herunder nogle typer sprængstoffer, "siger Sharifi." Vores feltudsender lader os ikke bare se, at der er noget, men, fordi vi kan bygge store arrays og placere dem i forskellige vinkler, vi kan identificere det pågældende materiale ved at se på, hvordan røntgenstrålerne fra forskellige retninger spredes fra objektet. "