我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光陰極“量子”材料

[本刊訊] 西湖大學(xué)理學(xué)院的何睿華課題組在 “常見”的量子材料的研究中發(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)的光陰極材料，為光陰極研發(fā)、應(yīng)用與基礎(chǔ)理論發(fā)展打開新的天地。

1887年，德國物理學(xué)家赫茲在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，紫外線照射到金屬表面電極上會產(chǎn)生火花。1905年，愛因斯坦基于光的量子化猜想，提出對該現(xiàn)象的理論解釋。這標(biāo)志著量子力學(xué)大門的正式開啟。由此，將“光”轉(zhuǎn)化為“電”的“光電效應(yīng)”以及能夠產(chǎn)生這個效應(yīng)的“光陰極”材料，進(jìn)入人類的視野。

傳統(tǒng)光陰極材料一般指金屬和半導(dǎo)體材料，大多數(shù)在60年前已被發(fā)現(xiàn)。它們已成為當(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。然而，這些傳統(tǒng)材料存在固有的性能缺陷——它們所發(fā)射的電子束相干性太差，即電子束的發(fā)射角太大，其中的電子運(yùn)動速度不均一。這樣的初始電子束要滿足尖端科技應(yīng)用的要求，必須依賴一系列特殊的材料工藝和電氣工程技術(shù)來增強(qiáng)其相干性，這勢必會大大增加“電子槍”系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高建造要求和成本?；诠怅帢O的電子槍技術(shù)最近幾十年來已有長足的發(fā)展，仍然無法跟上科技應(yīng)用發(fā)展的步伐。許多尖端科技的升級換代呼喚初始電子束相干性在數(shù)量級上的提升，而這已經(jīng)不是一般的光陰極性能優(yōu)化所能實(shí)現(xiàn)的了，只能寄望于在材料和理論層面上的源頭創(chuàng)新。

此前以鈦酸鍶為主的氧化物量子材料研究，主要集中在將它們當(dāng)作硅基半導(dǎo)體的潛在替代材料，該團(tuán)隊(duì)卻通過一種很少被應(yīng)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)，出乎意料地發(fā)現(xiàn)這些常用材料竟然同樣承載著觸發(fā)新奇光電效應(yīng)的能力——它有著遠(yuǎn)超于現(xiàn)有光陰極材料的光陰極關(guān)鍵性能——相干性，但無法為現(xiàn)有光電發(fā)射理論所解釋，它有可能重啟一個極其重要、被普遍認(rèn)為已發(fā)展成熟的光陰極技術(shù)領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)將在理論和應(yīng)用方面開展進(jìn)一步的研究工作。

（胡 楊）