Японские ученые из Университета Цукубы представили новый способ изготовления генератора электронных пучков, в качестве материала для которого используется грифель от обычного механического карандаша. Эта простая и экономичная технология позволяет получить мощный источник электронного излучения, характеристики которого сопоставимы с более сложными и дорогими устройствами, разработанными на основе наноматериалов.
Использование природной структуры графита стало решающим фактором успеха. Графитовые чешуйки внутри грифеля естественным образом выстраиваются вдоль его длины. Ученые подвергли обработке сломанный кончик грифеля при высокой температуре в условиях сверхвысокого вакуума. Этот процесс обеспечил полную графитизацию поверхности, что привело к появлению вертикально выровненных граней графена на острие образца.
В ходе испытаний, проведенных с использованием полевого эмиссионного микроскопа, полученный источник показал стабильную эмиссию электронов, характеризующуюся узором, напоминающим «стрекозу». Такая форма излучения является типичной для эмиссии с края графена. Результаты измерений свидетельствуют о том, что источник, изготовленный на основе грифеля, способен генерировать значительные токи электронов при небольшой напряженности электрического поля – всего несколько вольт на микрометр.
Значительным успехом стало обеспечение высокой стабильности этого эмиттера. Благодаря особой заостренной структуре и химической устойчивости графеновых краев, источник сохраняет работоспособность даже в неблагоприятных условиях, например, при повышенном давлении азота. Эта долговечность, в сочетании с простотой процесса изготовления, позволяет создавать доступные и недорогие альтернативы сложным наноуглеродным устройствам.
Работа демонстрирует, что высокоэффективные источники электронного излучения могут быть изготовлены из графеновых краев, полученных из обычных материалов. Их способность формировать качественный электронный пучок при минимальных затратах позволяет использовать графитированные грифели в электронной микроскопии и для изучения уникальных электронных характеристик графена.
Работа была представлена в научном журнале и опубликована там .