(Phys.org)—Per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato che far brillare un laser pulsato di nanosecondi alla base di un ago di diamante lungo 100 µm può aumentare significativamente l'emissione di elettroni dalla punta dell'ago. La capacità di controllare l'emissione di elettroni con la luce in questo modo ha potenziali applicazioni nelle sorgenti di raggi X portatili, microscopi elettronici, e sensori.

I ricercatori, V. Porshyn et al., hanno pubblicato un articolo sugli aghi di diamante che emettono elettroni in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

"La nostra ricerca mostra come funzionano l'energia e il trasporto di carica in un ago di diamante in generale, " ha detto Porshyn Phys.org . "Anche, mostriamo che un ago di diamante fotostimolato è in grado di emettere grappoli di elettroni picocoulomb entro nanosecondi. Così, la corrente osservata è sufficiente per far funzionare una sorgente di raggi X portatile compatta. In un caso ideale, il dispositivo potrebbe essere piccolo come una penna."

Il fatto che il diamante emetta elettroni è alquanto sorprendente, poiché il diamante sfuso è un isolante elettrico. Ma i ricercatori hanno scoperto che, anche quando non esposto all'illuminazione, gli aghi diamantati presentano una piccola conducibilità elettrica a temperatura ambiente. I ricercatori hanno attribuito questa piccola conduttività a difetti del materiale.

Però, quando i ricercatori hanno illuminato la base degli aghi di diamante nel vuoto con un laser a impulsi di nanosecondi, l'emissione di elettroni dalla punta degli aghi è notevolmente aumentata. Questa osservazione suggerisce il coinvolgimento di un meccanismo di trasporto a lunga distanza lungo l'intera lunghezza di 100 µm dell'ago.

I ricercatori propongono che gli eccitoni, che sono stati legati di elettroni e lacune, fornire il meccanismo sottostante. Gli eccitoni vengono eccitati dall'energia del laser e si propagano lungo l'ago come un pacchetto di onde in movimento. Alcuni di questi eccitoni sono ionizzati dal campo elettrico, generando "elettroni caldi" che vengono emessi sulla punta dell'ago.

Gli scienziati si aspettano che gli aghi di diamante che emettono elettroni possano offrire potenziali vantaggi per una varietà di dispositivi utilizzati nella ricerca.

"Puoi, Per esempio, scoprire in modo molto efficiente la natura di un materiale sconosciuto con una sorgente di raggi X utilizzando un ago di diamante mediante la spettroscopia di fluorescenza a raggi X, " disse Porshyn. "Se metti questo ago come catodo in un microscopio elettronico, puoi raggiungere più facilmente una risoluzione molto alta (fino a un nanometro) perché hai un emettitore di campo puntiforme molto efficiente. Certo, puoi usare l'ago come sensore per rilevare la luce, anche."

Nel futuro, i ricercatori intendono studiare il riscaldamento degli aghi di diamante per migliorare la fotorisposta, oltre a testare gli aghi in una configurazione a triodo, che è tipicamente usato nelle sorgenti di raggi X.

© 2017 Phys.org