La nuova tecnologia di rivestimento superficiale aumenta di sette volte l'emissione di elettroni dei materiali

12 maggio 2023 (Notizie Nanowerk) Un gruppo di ricerca internazionale ha sviluppato una nuova tecnologia di rivestimento superficiale in grado di aumentare significativamente l'emissione di elettroni nei materiali (Applied Physics Letters, “Work function lowering of LaB6 by monolayer hexagonal boron nitride coating for improved photo- and thermionic-cathodes”). Si prevede che la loro innovazione migliorerà la produzione di sorgenti di elettroni ad alta efficienza e porterà a maggiori prestazioni nei microscopi elettronici, nei sistemi di litografia a fascio di elettroni e negli impianti di radiazione di sincrotrone. Gli elettroni liberi sono quelli non legati a uno specifico atomo o molecola, che vagano liberamente all'interno di un materiale. Svolgono un ruolo fondamentale in un'ampia gamma di applicazioni, dai fotoreattori e microscopi agli acceleratori. Immagini al microscopio elettronico a fotoemissione (PEEM) e al microscopio a emissione elettronica termica (TEEM) di LaB6 superficie rivestita con grafene (Gr) e hBN. Le aree luminose nelle immagini indicano un gran numero di elettroni emessi. (Immagine: Università di Tohoku) Una proprietà che misura la prestazione degli elettroni liberi è la funzione lavoro: l'energia minima richiesta affinché gli elettroni fuoriescano dalla superficie di un materiale nel vuoto. I materiali con una funzione lavoro bassa richiedono meno energia per rimuovere gli elettroni e renderli liberi di muoversi; mentre i materiali con un'elevata funzione lavoro necessitano di più energia per rimuovere gli elettroni. Una funzione di lavoro inferiore è fondamentale per migliorare le prestazioni delle sorgenti di elettroni e contribuisce allo sviluppo di materiali e tecnologie avanzati che possono avere applicazioni pratiche in vari campi, come la microscopia elettronica, la scienza degli acceleratori e la produzione di semiconduttori. Attualmente, l’esaboride lantanio (LaB6) è ampiamente utilizzato per le sorgenti di elettroni a causa della sua elevata stabilità e durata. Per migliorare Lab6‘s efficiency, the research group turned to hexagonal boron nitride (hBN), a versatile chemical compound that is thermally stable, possesses a high melting point, and is very useful in harsh environments, “We discovered that coating LaB6 with hBN lowered the work function from 2.2 eV to 1.9 eV and increased electron emission,” said Shuichi Ogawa, co-author of the study and current associate professor at Nihon University (formerly at Tohoku University’s Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials). Un diagramma schematico del meccanismo di modulazione della funzione di lavoro mediante rivestimento in grafene e hBN. Quando Lab6 e il materiale di rivestimento entrano in contatto mediante il rivestimento, i loro livelli di Fermi (EF) diventano uguali. Nel caso del rivestimento LaB6 con il grafene ((a), (b)), la funzione di lavoro W dopo il rivestimento di grafene è maggiore della funzione di lavoro originale di LaB6, WLab6. D'altra parte, nel caso del rivestimento hBN ((d), (e)), la funzione di lavoro W dopo il rivestimento hBN è inferiore a WLaB6. Le figure (c) e (f) mostrano la ridistribuzione delle tariffe mediante il calcolo dei principi primi. (Immagine: La microscopia elettronica a fotoemissione e la microscopia elettronica a emissione termoionica dell'Università di Tohoku eseguite dal gruppo hanno confermato la funzione di lavoro inferiore rispetto ai campioni non rivestiti e grafene coated regions. Looking ahead, Ogawa and his colleagues hope to hone the coating technique. “We still need to develop a technique for coating hBN onto LaB6‘s non-oxidized surface, as well as a way to coat LaB6 electron sources with a pointed triangular shape.”

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