Chercheurs de l'Institut national des sciences des matériaux—Han Zhang, Chercheur principal, Groupe de caractérisation de spin, et Jie Tang, Chef de groupe du groupe Nanomatériaux unidimensionnels, Unité de traitement des matériaux, et ses collaborateurs ont développé une technologie pour fabriquer des nanofils monocristallins d'hexaborure de lanthane (LaB6) avec une surface propre, une source d'électrons à émission de champ froid prometteuse pour les microscopes électroniques et autres dispositifs, et ainsi amélioré les performances et la stabilité de la source d'électrons. Par ailleurs, en installant la nouvelle source d'électrons dans un microscope électronique à balayage, ils ont réussi à obtenir des images haute résolution, démontrant que la source d'électrons peut effectivement servir de source de faisceaux d'électrons ultra-brillants pour les microscopes électroniques.

Pour augmenter la résolution spatiale des microscopes électroniques, il est nécessaire d'obtenir des faisceaux d'électrons ultra-brillants et hautement cohérents en focalisant étroitement une grande quantité d'électrons émis par une source d'électrons. Maintenant, les microscopes électroniques à haute résolution sont équipés de tungstène en forme d'aiguille comme source d'électrons. Pour augmenter encore plus la résolution spatiale du microscope, des efforts ont été faits pour développer une source d'électrons à émission de champ utilisant LaB6, qui émet des électrons plus facilement que le tungstène. Cependant, la synthèse de nanofils - une condition requise pour le développement d'une source d'électrons à émission de champ - en utilisant LaB6 était un défi car ce matériau très dur était difficile à manipuler.

En collaboration avec le Dr Lu-Chang Qin, professeur à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill aux États-Unis, l'équipe de recherche a réussi à fabriquer la source d'électrons constituée d'un nanofil LaB6 en employant le dépôt chimique en phase vapeur. Par ailleurs, l'équipe de recherche a développé une technologie pour nettoyer la surface du nanofil LaB6, ce qui a conduit à l'amélioration des caractéristiques d'émission d'électrons et de la stabilité de la source d'électrons. L'équipe de recherche a confirmé que la nouvelle source d'électrons à nanofils LaB6 était capable de produire des faisceaux d'électrons hautement cohérents, qui étaient 100 fois plus lumineuses et avaient une dispersion d'énergie des deux tiers par rapport à la source d'électrons de tungstène actuelle. L'équipe a également vérifié que, lorsque la source d'électrons était installée dans un microscope électronique à émission de champ, sa densité de courant électronique était de 1, 000 fois supérieure aux sources d'électrons classiques et elle a duré 5 heures d'utilisation sans atténuation du courant d'émission. De plus, l'équipe a effectivement observé des échantillons à l'aide d'un microscope électronique équipé de la source d'électrons à nanofils LaB6, et obtenu des images de microscopie électronique avec une résolution supérieure au niveau standard conventionnel.

La source d'électrons à nanofils LaB6 peut être facilement installée dans des appareils en remplaçant simplement le canon à électrons en tungstène conventionnel (source d'électrons) par celle-ci. À l'avenir, l'équipe prévoit de travailler sur l'utilisation pratique et la commercialisation de la source d'électrons à nanofils LaB6 grâce à des recherches conjointes avec des partenaires industriels.