Fotokatoder som producerar elektronstrålar för elektronmikroskop och avancerade acceleratorer kan uppdateras och byggas upp flera gånger utan att öppna de enheter som är beroende av dem, förutsatt att de elektronemitterande materialen deponeras på enkelatomtjocka kollager som kallas grafen, enligt en ny studie publicerad i tidskriften Tillämpad fysikbokstäver .

"Maskinerna som förlitar sig på dessa elektronutsändare arbetar vanligtvis under högt vakuum, "sa Los Alamos National Laboratory fysiker Hisato Yamaguchi." Genom att välja grafen framför material som kisel eller molybden, som tenderar att försämras under användning, vi kan rengöra substratet och omplacera elektronemitterande material utan att öppna vakuumet. Detta kan dramatiskt minska stilleståndstiden och arbetskraften vid utbyte av fotokatoder. "

Forskarna studerade fotokatoder gjorda av cesiumkaliumantimonid, som effektivt avger elektroner när de belyses med hög effekt, grönt laserljus. Fotokatseffektiviteten sjunker vid användning, och fotokatoderna måste antingen bytas ut eller förnyas med det elektronemitterande materialet bakat och ersatt på plats. När forskarna förnyade fotokatoder på substrat av kisel eller molybden, som är vanligt material för sådana anordningar, fotokatprestanda försämras för varje cykel. Efter samma procedur med grafen som tjänade som substrat resulterade i jämnt högt elektronemission, om och om igen.

Forskarna föreslog att motståndskraften hos fotokatoder som deponerats på grafenytor berodde på svagare bindning mellan emitteratomerna och det underliggande kolskiktet. Numeriska beräkningar baserade på materialegenskaperna hos utsläpparna och grafen överensstämde med hypotesen.

Författarna avslutade sin studie med att säga, "Våra resultat ger en grund för grafenbaserade, återanvändbara substrat för hög [kvanteffektivitet] halvledarfotokatoder. "

Förutom Yamaguchi från Los Alamos, medarbetare inkluderade forskare från de japanska institutionerna Nagoya University, High Energy Accelerator Research Organization (KEK), National Institutes of Natural Sciences, och Hiroshima University.

Forskningen publicerades den 22 juni i tidskriften Tillämpad fysikbokstäver .