Suenan como armas futuristas pero los cañones de electrones son en realidad herramientas de trabajo para la investigación y la industria:emiten corrientes de electrones para microscopios electrónicos, equipos de modelado de semiconductores y aceleradores de partículas, por nombrar algunos usos importantes.

Ahora, los científicos de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía han descubierto cómo aumentar estos flujos de electrones 13, 000 veces aplicando una sola capa de diamondoides:diminuta, jaulas de diamantes perfectas, hasta la punta de oro afilada de una pistola de electrones.

Los resultados, publicado hoy en Nanotecnología de la naturaleza , sugieren un enfoque completamente nuevo para aumentar la potencia de estos dispositivos. También proporcionan una vía para diseñar otros tipos de emisores de electrones con precisión átomo por átomo, dijo Nick Melosh, profesor asociado en SLAC y Stanford que dirigió el estudio.

Los diamondoides son jaulas entrelazadas hechas de átomos de carbono e hidrógeno. Son los pedazos de diamante más pequeños posibles, cada uno pesa menos de una mil millonésima parte de un quilate. Ese pequeño tamaño junto con su rigidez, estructura robusta y alta pureza química, darles propiedades útiles de las que carecen los diamantes más grandes.

SLAC y Stanford se han convertido en uno de los principales centros de investigación de diamondoides del mundo. Los estudios se realizan a través de SIMES, el Instituto Stanford de Ciencias de los Materiales y la Energía, y un laboratorio en SLAC se dedica a extraer diamondoides del petróleo.

En 2007, un equipo dirigido por muchos de los mismos investigadores de SIMES demostró que una sola capa de diamondoides en una superficie metálica podría emitir y enfocar electrones en un rayo diminuto con un rango de energías muy estrecho.

El nuevo estudio analizó si un recubrimiento diamondoide también podría mejorar las emisiones de los cañones de electrones.

Una forma de aumentar la potencia de un cañón de electrones es hacer que la punta sea realmente afilada, lo que hace que sea más fácil sacar los electrones, Dijo Melosh. Pero estas puntas afiladas son inestables; incluso pequeñas irregularidades pueden afectar su desempeño. Los investigadores han intentado evitar esto recubriendo las puntas con productos químicos que aumentan la emisión de electrones, pero esto puede ser problemático porque algunos de los más efectivos estallan en llamas cuando se exponen al aire.

Para este estudio, Los científicos utilizaron diminutos nanopilares de alambre de germanio como sustitutos de las puntas de los cañones de electrones. Cubrieron los alambres con oro y luego con diamondoides de varios tamaños.

Cuando los científicos aplicaron un voltaje a los nanocables para estimular la liberación de electrones de las puntas, descubrieron que obtenían los mejores resultados con puntas recubiertas con diamondoides que constan de cuatro "jaulas". Estos lanzaron la friolera de 13, 000 veces más electrones que las puntas de oro desnudas.

Otras pruebas y simulaciones por computadora sugieren que el aumento no se debió a cambios en la forma de la punta o en la superficie de oro subyacente. En lugar de, Parece que algunas de las moléculas diamondoides en la punta perdieron un solo electrón; no está claro exactamente cómo. Esto creó una carga positiva que atrajo electrones de la superficie subyacente y facilitó que fluyeran fuera de la punta. Dijo Melosh.

"La mayoría de las otras moléculas no serían estables si eliminaras un electrón; se desmoronarían, ", dijo." Pero la naturaleza enjaulada del diamondoide lo hace inusualmente estable, y es por eso que este proceso funciona. Ahora que entendemos lo que está pasando es posible que podamos usar ese conocimiento para diseñar otros materiales que sean realmente buenos para emitir electrones ".