Dans les anciens téléviseurs à rayons cathodiques, une image est générée lorsqu'un faisceau d'électrons excite un écran phosphorescent, le phosphore émet de la lumière. Maintenant dans une nouvelle étude, les chercheurs ont découvert qu'un faisceau de positons (anti-électrons chargés positivement) incident sur un écran phosphorescent produit beaucoup plus de luminescence qu'un faisceau d'électrons.

Lorsque les chercheurs ont commencé leurs recherches, ils s'attendaient à ce que les applications soient principalement utilitaires :principalement, comprendre les différences entre l'utilisation de positons et d'électrons lors de la réalisation d'expériences avec des écrans au phosphore comme diagnostics de positons. Cependant, les différences étaient beaucoup plus intéressantes que prévu, ce qui peut étendre les applications potentielles à des domaines tels que la conception de nouveaux systèmes de diagnostic ainsi que l'apprentissage des propriétés des matériaux luminescents.

Les scientifiques, E. V. Stenson, U. Hergenhahn, M. R. Stoneking, et T. Sunn Pedersen, à l'Institut Max Planck de physique des plasmas, entre autres instituts, ont publié un article sur leur comparaison de la luminescence des positons et des électrons dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

Dans leurs expériences, les chercheurs ont comparé la luminescence excitée par un faisceau de positons avec celle excitée par un faisceau d'électrons pour deux luminophores différents (ZnS:Ag et ZnO:Zn). Pour les deux luminophores, les résultats globaux étaient similaires. Au fur et à mesure que l'énergie du faisceau augmente de zéro, la quantité de luminescence induite par les positons a augmenté rapidement, tandis que la quantité de luminescence induite par électrons a augmenté beaucoup plus progressivement. Au-dessus d'un certain niveau d'énergie du faisceau, les deux types de luminescence ont augmenté de façon linéaire à peu près au même taux. Ainsi, à des niveaux d'énergie de faisceau très élevés, la différence entre la luminescence induite par les positons et les électrons est devenue négligeable.

Au lieu, la différence la plus frappante s'est produite aux niveaux d'énergie inférieurs du faisceau. Par exemple, afin de produire la même quantité de luminescence que celle produite par un faisceau d'électrons avec plusieurs milliers d'électrons-volts d'énergie, un faisceau de positons n'a nécessité que quelques dizaines d'électrons-volts (eV) pour ZnS:Ag, et pour ZnO:Zn, même moins de 10 eV. Comme l'expliquent les chercheurs, l'énorme différence provient de l'annihilation des positons, qui produit un plus grand nombre d'états excités dans les matériaux luminophores.

Comme les positons peuvent être utilisés comme un outil pour en apprendre davantage sur les phosphores, et les phosphores peuvent être utilisés comme un outil pour en apprendre davantage sur les positons, les chercheurs s'attendent à ce que les résultats soient intéressants pour les deux domaines.

"Pour les chercheurs qui étudient les incidents de positrons sur les matériaux, ce sont les positrons qui font l'objet d'intérêt, " Stenson a dit Phys.org . "Dans ce cas, un écran au phosphore est considéré comme un simple outil pour en savoir plus sur les positons, par exemple, quelque chose d'aussi simple combien d'entre eux vous disposez comme ingrédients pour fabriquer des plasmas anti-atomes ou matière-antimatière.

"Pour les autres chercheurs, c'est l'inverse, où les positons sont un outil d'apprentissage de certains matériaux. On peut faire ça, par exemple, en regardant combien de temps il faut aux positons pour s'annihiler avec un solide, un liquide ou un gaz particulier, à quels angles les positons se dispersent-ils sur un matériau, ou le spectre d'énergie des électrons émis par un matériau dans lequel un faisceau de positons s'annihile."

En raison de la différence frappante entre les électrons et les positons, les résultats offrent également un nouvel outil pour comprendre les propriétés des matériaux luminescents en général.

"Les matériaux luminescents ont une longue histoire, ayant été utilisé pendant des décennies dans des choses comme les tubes à rayons cathodiques, et ils sont encore en cours de développement pour une variété de nouvelles applications, " a déclaré Stenson. " Les matériaux luminescents ont des applications allant des biens de consommation (affichages, matériaux de rémanence) à des détecteurs spécialisés (capteurs de gaz, scintillateurs) aux nanoparticules utilisées pour le traitement du cancer."

Stenson a expliqué que, malgré une si longue histoire de ces matériaux, il y a encore des questions ouvertes sur des aspects importants de la physique des matériaux luminescents. Ces questions incluent la structure des centres de luminescence, les voies d'excitation et de relaxation de la cathodoluminescence, et l'origine de la « tension morte », c'est-à-dire pourquoi les électrons avec moins d'un keV ou deux d'énergie ne produisent pas de luminescence détectable dans de nombreux luminophores.

"Je m'attends à ce que d'autres études sur la luminescence induite par les positons (par exemple, comparer le spectre de la lumière produite par les positons de basse énergie vs les positons de haute énergie vs les électrons de haute énergie) sera un moyen précieux d'étudier ces questions ouvertes, surtout lorsqu'elles sont combinées avec d'autres approches déjà utilisées pour l'étude des matériaux luminescents, " a déclaré Stenson.

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