(Phys.org) - För första gången, forskare har visat att lysande av en nanosekundpulserad laser vid basen av en 100 µm lång diamantnål kan avsevärt öka elektronemissionen från nålspetsen. Möjligheten att kontrollera elektronemission med ljus på detta sätt har potentiella tillämpningar i bärbara röntgenkällor, elektronmikroskop, och sensorer.

Forskarna, V. Porshyn et al., har publicerat ett papper om de elektronemitterande diamantnålarna i ett senaste nummer av Tillämpad fysikbokstäver .

"Vår forskning visar hur energin och laddtransporten fungerar i en diamantnål i allmänhet, "Berättade Porshyn Phys.org . "Också, vi visar att en fotostimulerad diamantnål kan avge elektronbuntar av picocoulomb inom nanosekunder. Således, den observerade strömmen räcker för att driva en kompakt bärbar röntgenkälla. I ett idealiskt fall, enheten kan vara så liten som en penna. "

Att diamant överhuvudtaget avger elektroner är något överraskande, eftersom bulkdiamant är en elektrisk isolator. Men forskarna fann att även om den inte utsätts för belysning, diamantnålarna uppvisar en liten elektrisk konduktivitet vid rumstemperatur. Forskarna tillskrev denna lilla konduktivitet till materialdefekter.

Dock, när forskarna belyste diamantnålarnas bas i vakuum med en nanosekundpulserad laser, elektronemissionen från nålspetsen ökade kraftigt. Denna observation tyder på att en långväga transportmekanism är involverad längs hela 100 µm nålens längd.

Forskarna föreslår att excitoner, som är bundna tillstånd av elektroner och hål, tillhandahålla den bakomliggande mekanismen. Excitonerna blir upphetsade av laserens energi och sprider sig längs nålen som ett resande vågpaket. Några av dessa excitoner joniseras av det elektriska fältet, genererar "heta elektroner" som avges vid nålspetsen.

Forskarna förväntar sig att elektronemitterande diamantnålar kan erbjuda potentiella fördelar för en mängd olika enheter som används i forskning.

"Du kan, till exempel, mycket effektivt ta reda på naturen hos ett okänt material med en röntgenkälla med hjälp av en diamantnål med hjälp av röntgenfluorescensspektroskopi, "Sa Porshyn." Om du lägger den här nålen som en katod i ett elektronmikroskop, du kan lättare nå en mycket hög upplösning (upp till en nanometer) eftersom du har en mycket effektiv punktfältemitter. Självklart, du kan använda nålen som sensor för att upptäcka ljus, också."

I framtiden, forskarna planerar att undersöka uppvärmning av diamantnålarna för att förbättra fotoresvaret, samt att testa nålarna i en triodkonfiguration, som vanligtvis används i röntgenkällor.

© 2017 Phys.org