Opbygning af bedre elektronkilder med grafen

Fotokatoder, der producerer elektronstråler til elektronmikroskoper og avancerede acceleratorer, kan genopfriskes og genopbygges gentagne gange uden at åbne de enheder, der er afhængige af dem, forudsat at de elektronemitterende materialer er aflejret på enkeltatom-tykke lag af kulstof kendt som grafen, ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

"De maskiner, der er afhængige af disse elektronemittere, arbejder typisk under højvakuum, " sagde Los Alamos National Laboratory fysiker Hisato Yamaguchi. "Ved at vælge grafen frem for materialer som silicium eller molybdæn, som har tendens til at nedbrydes under brug, vi kan rense substratet og genaflejre elektron-emitterende materialer uden at åbne vakuumet. Dette kan dramatisk reducere nedetid og arbejde involveret i at udskifte fotokatoder."

Forskerne studerede fotokatoder lavet af cæsiumkaliumantimonid, som effektivt udsender elektroner, når de belyses med høj effekt, grønt laserlys. Fotokatodeeffektiviteten falder med brug, og fotokatoderne skal enten udskiftes eller fornyes med det elektronemitterende materiale bagt af og erstattet in situ. Da forskerne fornyede fotokatoder på substrater af silicium eller molybdæn, som er almindelige materialer til sådanne enheder, fotokatodeydelsen forringes med hver cyklus. Efter samme procedure med grafen, der fungerede som substrat, resulterede det i ensartet høj elektronemission, igen og igen.

Forskerne foreslog, at modstandskraften af ​​fotokatoder aflejret på grafenoverflader skyldtes svagere binding mellem emitteratomerne og det underliggende kulstoflag. Numeriske beregninger baseret på materialeegenskaberne af emitterne og grafen var i overensstemmelse med hypotesen.

Forfatterne afsluttede deres undersøgelse med at sige, "Vores resultater giver et grundlag for grafen-baseret, genanvendelige substrater til høj [kvanteeffektivitet] halvlederfotokatoder."

Ud over Yamaguchi fra Los Alamos, samarbejdspartnere omfattede forskere fra de japanske institutioner Nagoya University, High Energy Accelerator Research Organisation (KEK), National Institutes of Natural Sciences, og Hiroshima University.

Forskningen blev offentliggjort 22. juni i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .