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    Las agujas de diamante emiten intensos racimos de electrones cuando se iluminan con luz.

    Micrografía electrónica de barrido de una aguja de diamante individual fijada en un soporte de silicona. Crédito:V. Porshyn et al. © 2017 Instituto Americano de Física

    (Phys.org):por primera vez, Los investigadores han demostrado que hacer brillar un láser pulsado de nanosegundos en la base de una aguja de diamante de 100 µm de largo puede mejorar significativamente la emisión de electrones desde la punta de la aguja. La capacidad de controlar la emisión de electrones con luz de esta manera tiene aplicaciones potenciales en fuentes portátiles de rayos X, microscopios electrónicos, y sensores.

    Los investigadores, V. Porshyn y col., han publicado un artículo sobre las agujas de diamante emisoras de electrones en un número reciente de Letras de física aplicada .

    "Nuestra investigación muestra cómo la energía y el transporte de carga funcionan en una aguja de diamante en general, "Porshyn dijo Phys.org . "También, mostramos que una aguja de diamante fotoestimulada es capaz de emitir racimos de electrones de picoculombios en nanosegundos. Por lo tanto, la corriente observada es suficiente para operar una fuente de rayos X portátil compacta. En un caso ideal, el dispositivo puede ser tan pequeño como un bolígrafo ".

    El hecho de que el diamante emita electrones es algo sorprendente, ya que el diamante a granel es un aislante eléctrico. Pero los investigadores encontraron que, incluso cuando no está expuesto a la iluminación, las agujas de diamante exhiben una pequeña conductividad eléctrica a temperatura ambiente. Los investigadores atribuyeron esta pequeña conductividad a defectos materiales.

    Sin embargo, cuando los investigadores iluminaron la base de las agujas de diamante al vacío con un láser pulsado de nanosegundos, la emisión de electrones de la punta de las agujas aumentó considerablemente. Esta observación sugiere la participación de un mecanismo de transporte de larga distancia a lo largo de toda la longitud de 100 µm de la aguja.

    Los investigadores proponen que los excitones, que son estados ligados de electrones y huecos, proporcionar el mecanismo subyacente. Los excitones se excitan con la energía del láser y se propagan a lo largo de la aguja como un paquete de ondas viajeras. Algunos de estos excitones son ionizados por el campo eléctrico, generando "electrones calientes" que se emiten en la punta de la aguja.

    Los científicos esperan que las agujas de diamante que emiten electrones puedan ofrecer ventajas potenciales para una variedad de dispositivos utilizados en la investigación.

    "Usted puede, por ejemplo, descubrir de manera muy eficiente la naturaleza de un material desconocido con una fuente de rayos X usando una aguja de diamante por medio de la espectroscopia de fluorescencia de rayos X, ", Dijo Porshyn." Si pones esta aguja como cátodo en un microscopio electrónico, puede alcanzar más fácilmente una resolución muy alta (hasta un nanómetro) porque tiene un emisor de campo puntual muy eficiente. Por supuesto, puedes usar la aguja como sensor para detectar la luz, así como."

    En el futuro, los investigadores planean investigar el calentamiento de las agujas de diamante para mejorar la fotorrespuesta, así como para probar las agujas en una configuración de triodo, que se utiliza normalmente en fuentes de rayos X.

    © 2017 Phys.org

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