National Institute for Materials Science (NIMS) och JEOL, Ltd. har utvecklat en lantanhexaborid (LaB₆ ) nanotrådsbaserad fältemissionspistol som kan installeras på ett aberrationskorrigerat transmissionselektronmikroskop (TEM). Denna kombinerade enhet kan utföra observation av atomupplösning vid en energiupplösning på 0,2 eV – den högsta upplösning som någonsin registrerats för icke-monokroma elektronkanoner – med en hög strömstabilitet på 0,4 %.

Misslyckade ansträngningar har gjorts i mer än 20 år för att utveckla fältemissionspistoler med teoretiskt högpresterande nanomaterial. Det har visat sig vara utmanande att integrera en nanotrådsbaserad fältemissionspistol i ett elektronmikroskop utan att undergräva dess fysiska egenskaper, såsom liv och stabilitet. Av denna anledning är kommersiellt tillgängliga fältemissionspistoler fortfarande utrustade med volframnålar som utvecklades för mer än ett halvt sekel sedan.

Detta NIMS-JEOL-forskarteam (1) utvecklade tekniker för att kemiskt syntetisera och odla enkristallnanotrådar med hög renhet av LaB₆ , känt för att vara ett utmärkt elektronemitterande hetkatodmaterial, (2) designade en elektronkällmekanism som effektivt kan emittera elektroner och (3) utvecklade tekniker för att extrahera en enda nanotråd och integrera den i en optimerad elektronkällstruktur.

LaB₆ nanotrådsbaserad elektronkälla har ett antal fördelar:relativt måttliga krav på vakuumtillstånd, mycket hög strömstabilitet, låg extraktionsspänning, smal elektronstråleenergifördelningsbredd och hög ljusstyrka. Denna elektronkälla kan vara tillämpbar på utvecklingen av nästa generations fältemissionselektronmikroskop med högre rumslig och energiupplösning – potentiellt värdefulla verktyg inom halvledar- och medicinska områden.

Forskningen publicerades i Nature Nanotechnology .

En ultraljus och mycket koherent elektronkälla utvecklad för elektronstråleanalysinstrument