Para una amplia variedad de instrumentos científicos de alta potencia, desde láseres de electrones libres hasta aceleradores de wakefield y microscopios electrónicos, generar un haz de electrones brillante que tenga propiedades específicas representa uno de los desafíos más importantes. Estos instrumentos se pueden utilizar para investigar las propiedades de la materia a nivel atómico o para acelerar partículas a altas energías.

Los científicos que buscan crear los mejores haces posibles están interesados ​​en dos cualidades particulares que determinan qué tan bien funcionan los fotocátodos que generan haces:su eficiencia cuántica y su emitancia intrínseca.

La eficiencia cuántica mide la relación entre el número de fotoelectrones producidos y los fotones que golpean el cátodo. Emitancia intrínseca, por otra parte, describe la divergencia del haz cuando se emiten electrones.

Los científicos están más interesados ​​en cátodos que tienen alta eficiencia cuántica y baja emitancia intrínseca. Pero eso no es todo, también quieren que la eficiencia cuántica y la emitancia intrínseca sean constantes en todo el cátodo. "Puedes pensar en nuestro cátodo como una pantalla de TV, ", dijo el físico de aceleradores Jiahang Shao del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE)." Nuestro cátodo está formado por 'píxeles, 'y al igual que en una pantalla de televisión, desea que cada píxel tenga un brillo similar ".

En un nuevo estudio de Argonne, Los investigadores de la instalación de Argonne Wakefield Accelerator han encontrado una forma nueva y más rápida de medir simultáneamente la distribución de la eficiencia cuántica y la emitancia intrínseca de un fotocátodo. y han relacionado las distribuciones para comprender mejor el mecanismo de emisión de los cátodos de telururo de cesio, un tipo principal de fotocátodo.

La medición de la emitancia intrínseca de cada punto del cátodo (básicamente, píxel por píxel) es un proceso que requiere mucho tiempo. Dijo Shao. Para acelerar las cosas los investigadores utilizaron un dispositivo llamado matriz de microlentes para crear múltiples haces pequeños que pudieran medir simultáneamente, esencialmente creando un patrón en lugar de hacer mediciones individuales.

"El patrón reduce drásticamente el tiempo que se tarda en realizar nuestras mediciones de toda la superficie del cátodo, porque en lugar de tener que ir paso a paso, podemos muestrear diferentes regiones al mismo tiempo, "Dijo Shao.

Para tomar medidas de la emitancia de los haces, los investigadores utilizaron un dispositivo llamado solenoide que enfoca el rayo en una pantalla. Ajustando la fuerza de enfoque del solenoide y midiendo el tamaño de haz correspondiente, los investigadores pueden construir a la inversa la emitancia del haz.

La emitancia intrínseca es un componente de la emitancia total medida, que contiene factores de crecimiento debido a los efectos resultantes de la agrupación de electrones, llamada carga espacial, u otras aberraciones introducidas a medida que se propaga el haz. Los científicos que buscan comprender la emitancia intrínseca del cátodo en sí tienen que reducir de alguna manera estos efectos compuestos. En este estudio, tales efectos fueron eliminados mediante una cuidadosa simulación y un esfuerzo experimental.

Al estudiar las propiedades de las diferentes vigas, los investigadores notaron que los haces con mayor eficiencia cuántica también tendían a tener típicamente una mayor emitancia intrínseca, complicando los esfuerzos para diseñar las mejores vigas posibles. "Parece que siempre vamos a tener algún tipo de compensación entre la eficiencia cuántica y la emitancia intrínseca, "Dijo Shao." La pregunta es cómo equilibramos los dos ".

Un artículo basado en el estudio, "Mapeo rápido de emitancia térmica y eficiencia cuántica de un cátodo de telururo de cesio en un fotoinyector de rf utilizando múltiples rayos láser, "se publicó en la edición del 4 de mayo de Vigas y aceleradores de revisión física .