Cuatro instantáneas de tiempo de una simulación de modelo. La simulación muestra electrones (puntos rojos) que se mueven dentro del fotocátodo de antimonio después de que se absorben los fotones. Algunos electrones se emiten (puntos verdes) desde la superficie del fotocátodo, mientras que otros se reflejan en el material. El número de electrones que se emiten depende del campo eléctrico aplicado, la rugosidad de la superficie del material del fotocátodo, y la energía de los fotones absorbidos. Crédito:Dimitre A. Dimitrov
Fotocátodos utilizados en instalaciones de aceleradores lineales, Los láseres de electrones libres y las fuentes de luz de rayos X avanzadas generan un haz de electrones para sondear la materia a nivel atómico. Los avances en la ciencia de los materiales han mejorado la composición de los materiales utilizados en la producción de fotocátodos que pueden operar en longitudes de onda visibles y producir un haz con una dispersión de impulso de electrones transversal reducida.
A pesar de estos avances, la rugosidad de la superficie del fotocátodo sigue limitando las propiedades de la viga. Un equipo de investigación creó modelos informáticos para cerrar la brecha entre los estudios teóricos y experimentales y proporcionar una mejor imagen de la física en la superficie del fotocátodo. Los resultados se publican esta semana en el Revista de física aplicada .
Un rayo más frío produce una fuente de electrones más brillante, pero la rugosidad de la superficie puede destruir la frialdad del haz de electrones. Dimitre A. Dimitrov, un científico de Tech-X Corp y uno de los autores de la publicación, está trabajando con otros para optimizar esta característica.
"Por primera vez, podemos cultivar cátodos con rugosidad superficial específicamente diseñada en el lado experimental, ", Dijo Dimitrov." La física en la superficie de un fotocátodo es increíblemente compleja, y necesitamos entenderlo mejor [para] crear haces de electrones con propiedades óptimas ".
Este trabajo es la primera vez que se ha realizado un intento integral de realizar un modelado realista de la física esencial en la superficie del fotocátodo a medida que se absorben los fotones y se emiten los electrones. Usando software especializado, el equipo creó modelos 3-D que simulaban emisiones de electrones de fotocátodos con rugosidad de superficie plana y variada.
El equipo de investigación utilizó los modelos para simular las emisiones de la superficie de un piso, fotocátodo de antimonio. Compararon las simulaciones con datos experimentales para evaluar las propiedades de la viga, incluyendo rendimiento cuántico, que cuantifica el número de electrones emitidos por fotón absorbido, y emitancia transversal, o la emisión de electrones perpendicular a la dirección de propagación del haz. El equipo también comparó simulaciones de antimonio de rugosidad superficial conocida con datos experimentales para evaluar las mismas propiedades de emisión.
"De este trabajo, Esperamos comprender qué tan suaves deben ser las superficies y sobre qué escalas espaciales, para ayudar en el diseño de fotocátodos para fuentes de electrones y fotones ultrabrillantes de próxima generación, "dijo Howard Padmore, diputado de división en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
Las simulaciones de este estudio no incluyeron el efecto de la variación de la luz sobre la rugosidad de la superficie. La investigación futura examinará esta variable para comprender su efecto sobre la distribución de electrones cargados, lo que podría afectar el rendimiento cuántico. El equipo de investigación que también incluye a científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven, antimonio modelado en su estudio, pero quieren estudiar otros materiales y comparar esos datos con los resultados de su estudio de antimonio.
