(Phys.org)—Pour la première fois, les chercheurs ont démontré que le fait de faire briller un laser pulsé à la nanoseconde à la base d'une aiguille en diamant de 100 µm de long peut améliorer considérablement l'émission d'électrons de la pointe de l'aiguille. La capacité de contrôler l'émission d'électrons avec la lumière de cette manière a des applications potentielles dans les sources de rayons X portables, microscopes électroniques, et capteurs.

Les chercheurs, V. Porshyn et al., ont publié un article sur les aiguilles de diamant émettant des électrons dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

"Nos recherches montrent comment fonctionnent l'énergie et le transport de charge dans une aiguille de diamant en général, " Porshyn a dit Phys.org . "Aussi, nous montrons qu'une aiguille en diamant photostimulée est capable d'émettre des paquets d'électrons picocoulombs en quelques nanosecondes. Ainsi, le courant observé est suffisant pour faire fonctionner une source de rayons X portable et compacte. Dans un cas idéal, l'appareil peut être aussi petit qu'un stylo."

Le fait que le diamant émette des électrons est quelque peu surprenant, puisque le diamant en vrac est un isolant électrique. Mais les chercheurs ont découvert que, même lorsqu'il n'est pas exposé à l'éclairage, les aiguilles en diamant présentent une faible conductivité électrique à température ambiante. Les chercheurs ont attribué cette faible conductivité à des défauts matériels.

Cependant, lorsque les chercheurs ont illuminé la base des aiguilles de diamant dans le vide avec un laser pulsé à la nanoseconde, l'émission d'électrons de la pointe des aiguilles a considérablement augmenté. Cette observation suggère l'implication d'un mécanisme de transport à longue distance sur toute la longueur de 100 µm de l'aiguille.

Les chercheurs proposent que les excitons, qui sont des états liés des électrons et des trous, fournir le mécanisme sous-jacent. Les excitons sont excités par l'énergie du laser et se propagent le long de l'aiguille sous la forme d'un paquet d'ondes progressives. Certains de ces excitons sont ionisés par le champ électrique, générant des "électrons chauds" qui sont émis à la pointe de l'aiguille.

Les scientifiques s'attendent à ce que les aiguilles diamantées émettrices d'électrons puissent offrir des avantages potentiels pour une variété de dispositifs utilisés dans la recherche.

"Vous pouvez, par exemple, connaître très efficacement la nature d'un matériau inconnu avec une source de rayons X à l'aide d'une aiguille en diamant au moyen de la spectroscopie de fluorescence X, " dit Porshyn. " Si vous mettez cette aiguille comme cathode dans un microscope électronique, vous pouvez plus facilement atteindre une très haute résolution (jusqu'au nanomètre) car vous disposez d'un émetteur de champ ponctuel très efficace. Bien sûr, vous pouvez utiliser l'aiguille comme capteur pour détecter la lumière, également."

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étudier le chauffage des aiguilles de diamant afin d'améliorer la photoréponse, ainsi que de tester les aiguilles en configuration triode, qui est généralement utilisé dans les sources de rayons X.

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