Теперь ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики выяснили, как увеличить эти электронные потоки в 13000 раз, нанеся один слой алмазоидов — крошечные идеальные алмазные клетки — на острый золотой наконечник электронной пушки.Результаты, опубликованные в Nature Nanotechnology, предлагают совершенно новый подход к увеличению мощности этих устройств. «Они также предоставляют возможность для разработки других типов электронных эмиттеров с точностью до атома», — сказал Ник Мелош, доцент SLAC и Стэнфорда, руководивший исследованием.
Алмазоиды — это взаимосвязанные клетки, состоящие из атомов углерода и водорода. Это самые маленькие из возможных кусочков алмаза, каждая из которых весит менее одной миллиардной миллиардной доли карата. Этот небольшой размер, а также их жесткая, прочная структура и высокая химическая чистота придают им полезные свойства, которых не хватает более крупным алмазам.
SLAC и Стэнфорд стали одним из ведущих мировых центров исследований алмазоидов. Исследования проводятся SIMES, Стэнфордским институтом материаловедения и энергетики, а лаборатория SLAC посвящена извлечению алмазоидов из нефти.
В 2007 году группа, возглавляемая многими из тех же исследователей SIMES, показала, что один слой алмазоидов на поверхности металла может излучать и фокусировать электроны в крошечный пучок с очень узким диапазоном энергий.В новом исследовании выяснялось, может ли алмазоидное покрытие также улучшить выбросы электронных пушек.По словам Мелоша, один из способов увеличить мощность электронной пушки — сделать наконечник действительно острым, что облегчит вывод электронов.
Но эти острые кончики нестабильны; даже крошечные неровности могут повлиять на их работу. Исследователи пытались обойти это, покрывая наконечники химическими веществами, которые усиливают эмиссию электронов, но это может быть проблематично, потому что некоторые из наиболее эффективных загораются при контакте с воздухом.Для этого исследования ученые использовали крошечные наностолбики из германиевой проволоки в качестве подставки для наконечников электронных пушек.
Они покрыли проволоку золотом, а затем алмазоидами разных размеров.Когда ученые приложили напряжение к нанопроволокам, чтобы стимулировать высвобождение электронов из наконечников, они обнаружили, что наилучшие результаты дают наконечники, покрытые алмазоидами, которые состоят из четырех «клеток».
Они выпустили в 13000 раз больше электронов, чем голые золотые наконечники.Дальнейшие тесты и компьютерное моделирование показывают, что это увеличение не было связано с изменениями формы острия или подстилающей поверхности золота.
Вместо этого похоже, что некоторые из молекул алмазоида в наконечнике потеряли один электрон — неясно, как именно. По словам Мелоша, это создало положительный заряд, который притягивал электроны к подстилающей поверхности и облегчал им вытекание из наконечника.
«Большинство других молекул не были бы стабильными, если бы вы удалили электрон; они развалились бы», — сказал он. «Но каркасная природа алмазоида делает его необычайно стабильным, и именно поэтому этот процесс работает. Теперь, когда мы понимаем, что происходит, мы можем использовать эти знания для создания других материалов, которые действительно хорошо испускают электроны. "