科學(xué)家發(fā)現(xiàn)世界首例光陰極量子材料

西湖大學(xué)理學(xué)院何睿華課題組連同其他合作者，發(fā)現(xiàn)了世界首例具有本征相干性的光陰極量子材料，其性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光陰極材料，且無(wú)法為現(xiàn)有理論所解釋?zhuān)瑸楣怅帢O研發(fā)、應(yīng)用與基礎(chǔ)理論發(fā)展打開(kāi)了新天地。相關(guān)成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》。

光陰極材料是當(dāng)代粒子加速器、自由電子激光、超快電鏡、高分辨電子譜儀等尖端科技裝置的核心元件。一直以來(lái)，它存在固有的性能缺陷一所發(fā)射的電子束“相干性”太差，也就是電子束的發(fā)射角太大，其中的電子運(yùn)動(dòng)速度不均一。這樣的初始電子束要想滿(mǎn)足尖端科技應(yīng)用的要求，必須依賴(lài)一系列材料工藝和電氣工程技術(shù)來(lái)增強(qiáng)它的相干性，而這些特殊工藝和輔助技術(shù)的引入，極大增加了“電子槍”系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了建造要求和成本。

盡管基于光陰極的電子槍技術(shù)最近幾十年來(lái)有了長(zhǎng)足發(fā)展，但它已漸漸無(wú)法跟上相關(guān)科技應(yīng)用發(fā)展的步伐。許多尖端科技的升級(jí)換代要求初始電子束相干性在數(shù)量級(jí)上有所提升，而這已不是一般的光陰極性能優(yōu)化能實(shí)現(xiàn)的，只能寄望于材料和理論層面的源頭創(chuàng)新。

何睿華團(tuán)隊(duì)意外地在一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的量子材料鈦酸鍶上實(shí)現(xiàn)了突破。他們通過(guò)一種強(qiáng)大但很少被用于光陰極研究的實(shí)驗(yàn)手段——角分辨光電子能譜技術(shù)，出乎意料地捕捉到這些熟悉的材料竟然同樣承載著觸發(fā)新奇光電效應(yīng)的能力，發(fā)現(xiàn)它有著遠(yuǎn)超現(xiàn)有光陰極材料的關(guān)鍵性能一相干性，且無(wú)法為現(xiàn)有光電發(fā)射理論所解釋。

《自然》論文匿名審稿人指出：“這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)使光陰極技術(shù)發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，該技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)一直受困于（電子槍?zhuān)╇娮邮荒芡瑫r(shí)具有高相干性和高束流強(qiáng)度的矛盾，（這個(gè)矛盾的）根源就在于初始電子束的本征非相干性?！?。

摘自《中國(guó)科學(xué)報(bào)》