În căutarea unor surse de electroni mai precise și mai eficiente, oamenii de știință au explorat adesea materiale exotice precum grafenul și nanotuburile de carbon. Datorită geometriilor lor ascuțite la scară nanometrică, acestea promit o emisie de electroni superioară, însă dificultățile de manipulare și aliniere a acestor structuri delicate au limitat până acum aplicațiile lor practice.
O sursă de electroni neașteptată în grafitul comercial
O echipă de cercetători de la Universitatea din Tsukuba propune o soluție surprinzător de elegantă și accesibilă, pornind de la un obiect familiar: mina unui creion mecanic. Într-un studiu recent publicat în Scientific Reports, aceștia demonstrează cum acest material comun poate fi transformat într-o sursă de fascicule de electroni de o calitate excepțională. Secretul constă în structura internă a minelor, care conțin fulgi de grafit aliniați în mod natural de-a lungul axei lor.
Prin încălzirea unei suprafețe de fractură a minei la temperaturi înalte, într-un mediu de vid ultra-ridicat, echipa a reușit să grafitizeze complet materialul. Acest proces a expus marginile foilor de grafen, orientate perpendicular și la o densitate ideală pentru a funcționa ca emițători de electroni. La testare, cartografierea emisiilor de câmp a dezvăluit un model distinctiv, cunoscut sub numele de „modelul libelulei”, o semnătură caracteristică a marginilor de grafen.
Performanța și stabilitatea noii surse de electroni
Validitatea descoperirii a fost întărită de calcule teoretice. Analiza spectrului energetic al curentului emis a confirmat că performanța se datorează stărilor electronice unice ale grafenului. Datorită structurii sale ascuțite și stabilității chimice remarcabile, sursa pe bază de grafit a generat o emisie stabilă de electroni chiar și în condiții mai puțin stricte, cum ar fi utilizarea unor câmpuri electrice de intensitate redusă și în afara unui vid ultra-înalt.
Aceste rezultate confirmă că marginile de grafen, esențiale pentru emisia de câmp de înaltă performanță, pot fi obținute cu uşurinţă din materiale larg răspândite. Simplitatea metodei, combinată cu calitatea superioară a fasciculului de electroni, deschide calea către aplicații promițătoare, inclusiv dezvoltarea unei noi generații de microscoape electronice și a altor tehnologii conexe.
