Para uma ampla variedade de instrumentos científicos de alta potência, de lasers de elétrons livres a aceleradores de wakefield e microscópios eletrônicos, gerar um feixe de elétrons brilhante com propriedades específicas representa um dos desafios mais significativos. Esses instrumentos podem ser usados ​​para investigar as propriedades de nível atômico da matéria ou para acelerar partículas a altas energias.

Os cientistas que buscam criar os melhores feixes possíveis estão interessados ​​em duas qualidades particulares que determinam o quão bem os fotocátodos que geram os feixes funcionam - sua eficiência quântica e sua emitância intrínseca.

A eficiência quântica mede a relação entre o número de fotoelétrons produzidos e os fótons que atingem o cátodo. Emitância intrínseca, por outro lado, descreve a divergência do feixe quando os elétrons são emitidos.

Os cientistas estão mais interessados ​​em cátodos com alta eficiência quântica e baixa emitância intrínseca. Mas isso não é tudo - eles também querem que a eficiência quântica e a emitância intrínseca sejam constantes em todo o cátodo. "Você pode pensar em nosso cátodo como uma tela de TV, "disse o físico acelerador Jiahang Shao do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE)." Nosso cátodo é feito de 'pixels, 'e, como em uma tela de TV, você deseja que cada pixel tenha um brilho semelhante. "

Em um novo estudo da Argonne, pesquisadores da instalação do Acelerador Argonne Wakefield descobriram uma maneira nova e mais rápida de medir simultaneamente a distribuição da eficiência quântica e a emitância intrínseca de um fotocátodo, e relacionaram as distribuições para melhor compreender o mecanismo de emissão de cátodos de telureto de césio, um tipo principal de fotocátodo.

Medir a emitância intrínseca de cada ponto no cátodo - essencialmente indo pixel a pixel - é um processo extremamente demorado, Shao disse. Para acelerar as coisas, os pesquisadores usaram um dispositivo chamado de matriz de microlentes para criar vários pequenos feixes que pudessem medir simultaneamente, essencialmente criando um padrão em vez de fazer medições individuais.

"O padrão reduz drasticamente o tempo que leva para fazer nossas medições de toda a superfície do cátodo, porque, em vez de seguir passo a passo, podemos amostrar diferentes regiões ao mesmo tempo, "Shao disse.

Para fazer medições da emitância dos feixes de luz, os pesquisadores usaram um dispositivo chamado solenóide que focaliza o feixe em uma tela. Ajustando a força de foco do solenóide e medindo o tamanho do feixe correspondente, os pesquisadores podem construir ao contrário a emitância do feixe.

A emitância intrínseca é um componente da emitância total medida, que contém fatores de crescimento devido a efeitos resultantes do agrupamento de elétrons - chamado de carga espacial - ou outras aberrações introduzidas conforme o feixe se propaga. Os cientistas que buscam entender a emitância intrínseca do próprio cátodo precisam reduzir de alguma forma esses efeitos combinados. Neste estudo, tais efeitos foram eliminados por simulação cuidadosa e esforço experimental.

Ao estudar as propriedades dos diferentes feixes, os pesquisadores notaram que os beamlets com maior eficiência quântica também tendem a tipicamente ter maior emitância intrínseca, complicando os esforços para projetar as melhores vigas possíveis. "Parece que sempre teremos algum tipo de compensação entre a eficiência quântica e a emitância intrínseca, "Shao disse." A questão é como equilibrar os dois. "

Um artigo baseado no estudo, "Rápida emissão térmica e mapeamento de eficiência quântica de um cátodo de telureto de césio em um fotoinjetor de RF usando múltiplos feixes de laser, "foi publicado na edição de 4 de maio de Aceleradores e vigas de revisão física .