Ricercatori dell'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali—Han Zhang, Ricercatore senior, Gruppo di caratterizzazione dello spin, e Jie Tang, Group Leader del Gruppo One-Dimensional Nanomaterials, Unità di elaborazione dei materiali, e i collaboratori hanno sviluppato una tecnologia per fabbricare nanofili di esaboruro di lantanio (LaB6) a cristallo singolo con superficie pulita, una promettente sorgente di elettroni a emissione di campo freddo per microscopi elettronici e altri dispositivi, e quindi migliorato le prestazioni e la stabilità della sorgente di elettroni. Per di più, installando la nuova sorgente di elettroni in un microscopio elettronico a scansione, hanno ottenuto con successo immagini ad alta risoluzione, dimostrando che la sorgente di elettroni può effettivamente servire come sorgente di fasci di elettroni ultra luminosi per i microscopi elettronici.

Per aumentare la risoluzione spaziale dei microscopi elettronici, è necessario ottenere fasci di elettroni ultra luminosi e altamente coerenti focalizzando in modo ristretto una grande quantità di elettroni emessi da una sorgente di elettroni. Attualmente, i microscopi elettronici ad alta risoluzione sono dotati di tungsteno aghiforme come sorgente di elettroni. Per aumentare ulteriormente la risoluzione spaziale del microscopio, sono stati fatti sforzi per sviluppare una sorgente di elettroni a emissione di campo utilizzando LaB6, che emette elettroni più facilmente del tungsteno. Però, la sintesi di nanofili, un requisito per lo sviluppo di una sorgente di elettroni a emissione di campo, utilizzando LaB6 è stata impegnativa perché questo materiale molto duro era difficile da maneggiare.

In collaborazione con il dottor Lu-Chang Qin, un professore all'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill negli Stati Uniti, il team di ricerca è riuscito a fabbricare la sorgente di elettroni costituita da un nanofilo LaB6 impiegando la deposizione chimica da vapore. Per di più, il team di ricerca ha sviluppato una tecnologia per pulire la superficie del nanofilo LaB6, che ha portato al miglioramento delle caratteristiche di emissione degli elettroni e della stabilità della sorgente di elettroni. Il team di ricerca ha confermato che la sorgente di elettroni a nanofili LaB6 di nuova concezione era in grado di produrre fasci di elettroni altamente coerenti, che erano 100 volte più luminosi e avevano una diffusione di energia di due terzi rispetto all'attuale sorgente di elettroni di tungsteno. Il team ha anche verificato che, quando la sorgente di elettroni è stata installata in un microscopio elettronico a emissione di campo, la sua densità di corrente di elettroni era 1, 000 volte maggiore delle sorgenti di elettroni convenzionali e ha durato 5 ore di utilizzo senza attenuazione della corrente di emissione. Inoltre, il team ha effettivamente osservato i campioni utilizzando un microscopio elettronico dotato della sorgente di elettroni a nanofili LaB6, e ottenuto immagini di microscopia elettronica con una risoluzione superiore al livello standard convenzionale.

La sorgente di elettroni a nanofili LaB6 può essere facilmente installata nei dispositivi semplicemente sostituendo con essa il convenzionale cannone elettronico al tungsteno (sorgente di elettroni). Nel futuro, il team prevede di lavorare sull'uso pratico e sulla commercializzazione della sorgente di elettroni a nanofili LaB6 attraverso la ricerca congiunta con partner industriali.