Neue Oberflächenbeschichtungstechnologie erhöht die Elektronenemission von Materialien um das Siebenfache

12. Mai 2023 (Nanowerk-Neuigkeiten) Eine internationale Forschungsgruppe hat eine neue Oberflächenbeschichtungstechnologie entwickelt, die in der Lage ist, die Elektronenemission in Materialien deutlich zu steigern (Applied Physics Letters, „Erniedrigung der Arbeitsfunktion von LaB6 durch einschichtige hexagonale Bornitrid-Beschichtung für verbesserte Photo- und Glühkathoden“). Ihr Durchbruch soll die Produktion hocheffizienter Elektronenquellen verbessern und zu einer Leistungssteigerung bei Elektronenmikroskopen, Elektronenstrahl-Lithographiesystemen und Synchrotronstrahlungsanlagen führen. Freie Elektronen sind solche, die nicht an ein bestimmtes Atom oder Molekül gebunden sind und sich frei in einem Material bewegen. Sie spielen in einer Vielzahl von Anwendungen eine entscheidende Rolle, von Photoreaktoren und Mikroskopen bis hin zu Beschleunigern. Bilder der Photoemissionselektronenmikroskopie (PEEM) und der thermischen Elektronenemissionsmikroskopie (TEEM) von LaB6 Oberfläche beschichtet mit Graphen (Gr) und hBN. Helle Bereiche in den Bildern weisen auf eine große Anzahl emittierter Elektronen hin. (Bild: Tohoku-Universität) Eine Eigenschaft, die die Leistung freier Elektronen misst, ist die Austrittsarbeit: die minimale Energie, die Elektronen benötigen, um von einer Materialoberfläche in ein Vakuum zu entweichen. Materialien mit einer niedrigen Austrittsarbeit benötigen weniger Energie, um Elektronen zu entfernen und ihnen die freie Bewegung zu ermöglichen; wohingegen Materialien mit einer hohen Austrittsarbeit mehr Energie benötigen, um Elektronen zu entfernen. Eine niedrigere Austrittsarbeit ist entscheidend für die Verbesserung der Leistung von Elektronenquellen und trägt zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Technologien bei, die praktische Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie der Elektronenmikroskopie, der Beschleunigerwissenschaft und der Halbleiterfertigung haben können. Derzeit ist Hexaborid Lanthan (LaB6) wird aufgrund seiner hohen Stabilität und Haltbarkeit häufig für Elektronenquellen eingesetzt. Zur Verbesserung von LaB6Aufgrund der Effizienz wandte sich die Forschungsgruppe dem hexagonalen Bornitrid (hBN) zu, einer vielseitigen chemischen Verbindung, die thermisch stabil ist, einen hohen Schmelzpunkt besitzt und in rauen Umgebungen sehr nützlich ist: „Wir haben herausgefunden, dass die Beschichtung von LaB6 mit hBN senkte die Austrittsarbeit von 2.2 eV auf 1.9 eV und erhöhte die Elektronenemission“, sagte Shuichi Ogawa, Co-Autor der Studie und derzeitiger außerordentlicher Professor an der Nihon-Universität (ehemals am Institut für multidisziplinäre Forschung für fortgeschrittene Materialien der Tohoku-Universität). Ein schematisches Diagramm des Austrittsarbeitsmodulationsmechanismus durch Graphen- und hBN-Beschichtung. Wenn LaB6 und Beschichtungsmaterial durch die Beschichtung in Kontakt kommen, werden ihre Fermi-Werte (EF) gleich. Im Falle der Beschichtung von LaB6 Bei Graphen ((a), (b)) ist die Austrittsarbeit W nach der Graphenbeschichtung größer als die ursprüngliche Austrittsarbeit von LaB6, WLaB6. Andererseits ist im Fall der hBN-Beschichtung ((d), (e)) die Austrittsarbeit W nach der hBN-Beschichtung niedriger als WLaB6. Die Abbildungen (c) und (f) zeigen die Umverteilung der Ladungen nach der First-Principles-Berechnung. (Bild: Die von der Gruppe durchgeführte Photoemissionselektronenmikroskopie und thermionische Emissionselektronenmikroskopie der Tohoku-Universität bestätigten die geringere Austrittsarbeit im Vergleich zu unbeschichteten und Graphen beschichtete Regionen. Mit Blick auf die Zukunft hoffen Ogawa und seine Kollegen, die Beschichtungstechnik zu verfeinern. „Wir müssen noch eine Technik entwickeln, um LaB mit hBN zu beschichten6's nicht oxidierte Oberfläche, sowie eine Möglichkeit, LaB zu beschichten6 Elektronenquellen mit spitzer Dreiecksform.“

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62980.php