(Phys.org) - Pela primeira vez, pesquisadores demonstraram que o brilho de um laser pulsado de nanossegundos na base de uma agulha de diamante de 100 µm pode aumentar significativamente a emissão de elétrons da ponta da agulha. A capacidade de controlar a emissão de elétrons com luz desta forma tem aplicações potenciais em fontes portáteis de raios-X, microscópios eletrônicos, e sensores.

Os pesquisadores, V. Porshyn et al., publicaram um artigo sobre as agulhas de diamante emissoras de elétrons em uma edição recente da Cartas de Física Aplicada .

"Nossa pesquisa mostra como a energia e o transporte de carga funcionam em uma agulha de diamante em geral, "Porshyn disse Phys.org . "Também, mostramos que uma agulha de diamante fotoestimulada é capaz de emitir feixes de elétrons de picocoulomb em nanossegundos. Assim, a corrente observada é suficiente para operar uma fonte compacta de raios-X portátil. Em um caso ideal, o dispositivo pode ter o tamanho de uma caneta. "

O fato de o diamante emitir elétrons é um tanto surpreendente, uma vez que o diamante a granel é um isolante elétrico. Mas os pesquisadores descobriram que, mesmo quando não exposto à iluminação, as agulhas de diamante exibem uma pequena condutividade elétrica à temperatura ambiente. Os pesquisadores atribuíram essa pequena condutividade a defeitos de material.

Contudo, quando os pesquisadores iluminaram a base das agulhas de diamante no vácuo com um laser pulsado de nanossegundos, a emissão de elétrons da ponta das agulhas aumentou muito. Esta observação sugere o envolvimento de um mecanismo de transporte de longa distância ao longo de todo o comprimento de 100 µm da agulha.

Os pesquisadores propõem que excitons, que são estados ligados de elétrons e buracos, fornecer o mecanismo subjacente. Os excitons são excitados pela energia do laser e se propagam ao longo da agulha como um pacote de ondas viajantes. Alguns desses excitons são ionizados pelo campo elétrico, gerando "elétrons quentes" que são emitidos na ponta da agulha.

Os cientistas esperam que as agulhas de diamante emissoras de elétrons possam oferecer vantagens potenciais para uma variedade de dispositivos usados ​​em pesquisas.

"Você pode, por exemplo, descobrir com muita eficiência a natureza de um material desconhecido com uma fonte de raios-X usando uma agulha de diamante por meio da espectroscopia de fluorescência de raios-X, "Porshyn disse." Se você colocar esta agulha como um cátodo em um microscópio eletrônico, você pode alcançar mais facilmente uma resolução muito alta (até um nanômetro) porque tem um emissor de campo pontual muito eficiente. Claro, você pode usar a agulha como sensor para detectar luz, também."

No futuro, os pesquisadores planejam investigar o aquecimento das agulhas de diamante para melhorar a fotorresposta, bem como para testar as agulhas em uma configuração triodo, que é normalmente usado em fontes de raios-X.

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