Elektron Emisyonunu Yedi Kat Artıran Yeni Yüzey Kaplama Teknolojisi
Uluslararası bir araştırma grubu, malzemelerdeki elektron emisyonunu önemli ölçüde artırabilen yeni bir yüzey kaplama teknolojisi geliştirdi. Buluşlarının, yüksek verimli elektron kaynaklarının üretimini iyileştirmesi ve elektron mikroskoplarında, elektron ışını litografi sistemlerinde ve senkrotron radyasyon tesislerinde performans artışı sağlaması bekleniyor.
Araştırma, 3 Nisan 2023 tarihinde Applied Physics Letters dergisinde yayınlandı. Serbest elektronlar, belirli bir atom veya moleküle bağlı olmayan, bir malzeme içinde serbestçe dolaşan elektronlardır. Fotoreaktörler ve mikroskoplardan hızlandırıcılara kadar çok çeşitli uygulamalarda hayati bir rol oynarlar.
Serbest elektronların performansını ölçen bir özellik iş fonksiyonudur: elektronların bir malzeme yüzeyinden vakuma kaçması için gereken minimum enerji. Düşük iş fonksiyonuna sahip malzemeler, elektronları uzaklaştırmak ve serbestçe hareket etmelerini sağlamak için daha az enerji gerektirir; oysa yüksek iş fonksiyonuna sahip malzemeler elektronları
uzaklaştırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyar.
Daha düşük bir iş fonksiyonu, elektron kaynaklarının performansını artırmak için kritik öneme sahiptir ve elektron mikroskobu, hızlandırıcı bilimi ve yarı iletken üretimi gibi çeşitli alanlarda pratik uygulamalara sahip olabilecek ileri malzeme ve teknolojilerin geliştirilmesine katkıda bulunur.
Şu anda, hekzaborit lantan (LaB6), yüksek kararlılığı ve dayanıklılığı nedeniyle elektron kaynakları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Araştırma grubu, LaB6’nın verimliliğini artırmak için termal olarak kararlı, yüksek bir erime noktasına sahip ve zorlu ortamlarda çok yararlı olan çok yönlü bir kimyasal bileşik olan altıgen boron nitride (hBN) yöneldi.
Çalışmanın ortak yazarı ve Nihon Üniversitesi’nde (önceden Tohoku Üniversitesi Multidisipliner Araştırma Enstitüsü’nde Gelişmiş Malzemeler) doçent olan Shuichi Ogawa, “LaB6’yı hBN ile kaplamanın iş fonksiyonunu 2,2 eV’den 1,9 eV’ye düşürdüğünü ve
elektron emisyonunu artırdığını keşfettik” açıklamasını yaptı.
Araştırma ekibi tarafından gerçekleştirilen fotoemisyon elektron mikroskobu ve termiyonik emisyon elektron mikroskobu, kaplamasız ve grafen kaplı bölgelere kıyasla daha düşük iş fonksiyonunu doğruladı.
Ogawa ve meslektaşları, ileride kaplama tekniğini geliştirmeyi hedefliyor. “HBN’yi LaB6’nın oksitlenmemiş yüzeyi üzerine kaplamak için bir tekniğin yanı sıra LaB6 elektron kaynaklarını sivri bir üçgen şeklinde kaplamak için bir yol geliştirmemiz gerekiyor.”
Akademik Referans: Hisato Yamaguchi et al, Work function lowering of LaB6 by monolayer hexagonal boron nitride coating for improved photo-and thermionic- cathodes, Applied Physics Letters (2023). DOI: 10.1063/5.0142591
