Les photocathodes qui produisent des faisceaux d'électrons pour les microscopes électroniques et les accélérateurs avancés peuvent être rafraîchies et reconstruites à plusieurs reprises sans ouvrir les appareils qui en dépendent, à condition que les matériaux émetteurs d'électrons soient déposés sur des couches de carbone d'un seul atome d'épaisseur connues sous le nom de graphène, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Lettres de physique appliquée .

"Les machines qui reposent sur ces émetteurs d'électrons fonctionnent généralement sous vide poussé, " a déclaré Hisato Yamaguchi, physicien du Laboratoire national de Los Alamos. " En choisissant le graphène plutôt que des matériaux comme le silicium ou le molybdène, qui ont tendance à se dégrader lors de l'utilisation, nous pouvons nettoyer le substrat et redéposer les matériaux émetteurs d'électrons sans ouvrir le vide. Cela peut réduire considérablement les temps d'arrêt et le travail impliqués dans le remplacement des photocathodes."

Les chercheurs ont étudié des photocathodes en antimoniure de potassium de césium, qui émettent efficacement des électrons lorsqu'ils sont éclairés à haute puissance, lumière laser verte. L'efficacité de la photocathode diminue avec l'utilisation, et les photocathodes doivent être soit remplacées soit renouvelées avec le matériau émetteur d'électrons cuit et remplacé in situ. Lorsque les chercheurs ont renouvelé les photocathodes sur des substrats de silicium ou de molybdène, qui sont des matériaux communs pour de tels dispositifs, les performances de la photocathode se dégradaient à chaque cycle. En suivant la même procédure avec du graphène servant de substrat, on a obtenu une émission d'électrons uniformément élevée, maintes et maintes fois.

Les chercheurs ont proposé que la résilience des photocathodes déposées sur les surfaces de graphène était due à une liaison plus faible entre les atomes émetteurs et la couche de carbone sous-jacente. Les calculs numériques basés sur les propriétés matérielles des émetteurs et du graphène étaient cohérents avec l'hypothèse.

Les auteurs ont conclu leur étude en déclarant, "Nos résultats fournissent une base pour le graphène, substrats réutilisables pour photocathodes semi-conductrices à haute [efficacité quantique]."

En plus de Yamaguchi de Los Alamos, les collaborateurs comprenaient des chercheurs des institutions japonaises de l'Université de Nagoya, l'Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK), les Instituts nationaux des sciences naturelles, et l'Université d'Hiroshima.

La recherche a été publiée le 22 juin dans la revue Lettres de physique appliquée .