(Phys.org)—Voor de eerste keer, onderzoekers hebben aangetoond dat het schijnen van een nanoseconde gepulseerde laser aan de basis van een 100 µm lange diamanten naald de elektronenemissie vanaf de punt van de naald aanzienlijk kan verbeteren. Het vermogen om op deze manier elektronenemissie met licht te regelen, heeft potentiële toepassingen in draagbare röntgenbronnen, elektronenmicroscopen, en sensoren.

De onderzoekers, V. Porshyn et al., hebben een artikel gepubliceerd over de elektronen-emitterende diamantnaalden in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

"Ons onderzoek laat zien hoe de energie en het ladingstransport in het algemeen werken in een diamanten naald, " vertelde Porshyn Phys.org . "Ook, laten we zien dat een fotogestimuleerde diamantnaald in staat is om binnen nanoseconden picocoulomb-elektronenbundels uit te zenden. Dus, de waargenomen stroom is voldoende om een ​​compacte draagbare röntgenbron te laten werken. In een ideaal geval het apparaat kan zo klein zijn als een pen."

Het feit dat diamant überhaupt elektronen uitzendt, is enigszins verrassend, aangezien bulkdiamant een elektrische isolator is. Maar de onderzoekers ontdekten dat, zelfs wanneer het niet wordt blootgesteld aan verlichting, de diamantnaalden vertonen een kleine elektrische geleidbaarheid bij kamertemperatuur. De onderzoekers schreven deze kleine geleidbaarheid toe aan materiaalfouten.

Echter, toen de onderzoekers de basis van de diamantnaalden in vacuüm verlichtten met een gepulseerde laser van nanoseconden, de elektronenemissie vanaf de punt van de naalden nam sterk toe. Deze waarneming suggereert de betrokkenheid van een transportmechanisme over lange afstand langs de gehele lengte van 100 µm van de naald.

De onderzoekers stellen voor dat excitonen, die zijn gebonden toestanden van elektronen en gaten, zorgen voor het onderliggende mechanisme. De excitonen worden opgewonden door de energie van de laser en planten zich voort langs de naald als een reizend golfpakket. Sommige van deze excitonen worden geïoniseerd door het elektrische veld, het genereren van "hete elektronen" die worden uitgezonden aan de punt van de naald.

De wetenschappers verwachten dat elektronen-emitterende diamanten naalden potentiële voordelen kunnen bieden voor een verscheidenheid aan apparaten die in onderzoek worden gebruikt.

"Jij kan, bijvoorbeeld, zeer efficiënt de aard van een onbekend materiaal achterhalen met een röntgenbron met behulp van een diamanten naald door middel van de röntgenfluorescentiespectroscopie, "Zei Porshyn. "Als je deze naald als kathode in een elektronenmicroscoop stopt, je kunt gemakkelijker een zeer hoge resolutie bereiken (tot één nanometer) omdat je een zeer efficiënte puntveldemitter hebt. Natuurlijk, je kunt de naald als sensor gebruiken om licht te detecteren, ook."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om het verwarmen van de diamantnaalden te onderzoeken om de fotorespons te verbeteren, evenals om de naalden in een triodeconfiguratie te testen, die typisch wordt gebruikt in röntgenbronnen.

© 2017 Fys.org