Nova tecnologia de revestimento de superfície aumenta em sete vezes a emissão de elétrons dos materiais

12 de maio de 2023 (Notícias do Nanowerk) Um grupo de pesquisa internacional desenvolveu uma nova tecnologia de revestimento de superfície que é capaz de aumentar significativamente a emissão de elétrons em materiais (Applied Physics Letters, “Work function lowering of LaB6 by monolayer hexagonal boron nitride coating for improved photo- and thermionic-cathodes”). Espera-se que sua descoberta melhore a produção de fontes de elétrons de alta eficiência e leve a um melhor desempenho em microscópios eletrônicos, sistemas de litografia por feixe de elétrons e instalações de radiação síncrotron. Elétrons livres são aqueles que não estão ligados a um átomo ou molécula específica, vagando livremente dentro de um material. Eles desempenham um papel vital em uma ampla gama de aplicações, desde fotorreatores e microscópios até aceleradores. Imagens de microscopia eletrônica de fotoemissão (PEEM) e microscopia de emissão eletrônica térmica (TEEM) do LaB6 superfície revestida com grafeno (Gr) e hBN. As áreas brilhantes nas imagens indicam um grande número de elétrons emitidos. (Imagem: Universidade de Tohoku) Uma propriedade que mede o desempenho dos elétrons livres é a função de trabalho: a energia mínima necessária para os elétrons escaparem da superfície de um material para o vácuo. Materiais com baixa função de trabalho requerem menos energia para remover elétrons e torná-los livres para se movimentarem; enquanto materiais com alta função de trabalho precisam de mais energia para remover elétrons. Uma função de trabalho mais baixa é crítica para melhorar o desempenho das fontes de elétrons e contribui para o desenvolvimento de materiais e tecnologias avançadas que podem ter aplicações práticas em vários campos, como microscopia eletrônica, ciência de aceleradores e fabricação de semicondutores. Atualmente, o hexaboreto de lantânio (LaB6) é amplamente utilizado para fontes de elétrons devido à sua alta estabilidade e durabilidade. Para melhorar o 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). Um diagrama esquemático do mecanismo de modulação da função de trabalho por revestimento de grafeno e hBN. Quando LaB6 e o material de revestimento entram em contato com o revestimento, seus níveis de Fermi (EF) tornam-se iguais. No caso do revestimento LaB6 com grafeno ((a), (b)), a função de trabalho W após o revestimento de grafeno é maior do que a função de trabalho original de LaB6, WLaB6. Por outro lado, no caso do revestimento hBN ((d), (e)), a função de trabalho W após o revestimento hBN é inferior a WLaB6. As figuras (c) e (f) mostram a redistribuição dos encargos através do cálculo dos primeiros princípios. (Imagem: Universidade de Tohoku A microscopia eletrônica de fotoemissão e a microscopia eletrônica de emissão termiônica realizadas pelo grupo confirmaram a menor função trabalho em relação aos não revestidos e grafeno 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