Η 'Atomic Armor' για επιταχυντές επιτρέπει ανακαλύψεις


Το Atomic Armor για επιταχυντές επιτρέπει ανακαλύψεις

Η εικόνα των στρωμάτων γραφενίου στη φωτοκάθοδο δείχνει περιοχές χαμηλής κβαντικής απόδοσης (με μπλε χρώμα) όπου δεν πραγματοποιείται μετάδοση ηλεκτρονίων. Οι κόκκινες και κίτρινες περιοχές δείχνουν όλο και πιο υψηλή κβαντική απόδοση. Τα φωτοηλεκτρόνια εκπέμπονται και μεταδίδονται μέσω του γραφενίου σε αυτές τις περιοχές, ενώ συνολικά το υλικό προστατεύεται από τα διαβρωτικά αέρια που παράγονται. Πίστωση: Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος

Οι προστατευτικές επικαλύψεις είναι κοινές για πολλά πράγματα στην καθημερινή ζωή που έχουν μεγάλη χρήση. Επικαλύπτουμε ξύλινα πατώματα με φινίρισμα. εφαρμόστε τεφλόν στη βαφή στα αυτοκίνητα. χρησιμοποιήστε ακόμη και επιστρώσεις διαμαντιών σε ιατρικές συσκευές. Οι προστατευτικές επιστρώσεις είναι επίσης απαραίτητες σε πολλές απαιτητικές ερευνητικές και βιομηχανικές εφαρμογές.


Τώρα, ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος ανέπτυξαν και δοκίμασαν ένα ατομικά λεπτό επίστρωση για εξοπλισμό επιτάχυνσης δέσμης ηλεκτρονίων επόμενης γενιάς—ίσως η πιο προκλητική τεχνική εφαρμογή της τεχνολογίας, η επιτυχία της οποίας αναδεικνύει τις δυνατότητες για “Atomic Armor” σε μια σειρά εφαρμογών.

«Οι επιταχυντές είναι σημαντικά εργαλεία για την αντιμετώπιση ορισμένων από τα που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα», είπε ο Hisato Yamaguchi, μέλος της ομάδας Sigma-2 στο Εργαστήριο. «Αυτές οι προκλήσεις περιλαμβάνουν την αναζήτηση , συνεχιζόμενη κλιμάκωση της υπολογιστικής ισχύος, ανίχνευση και μετριασμό παθογόνων μικροοργανισμών και μελέτη της δομής και της δυναμικής των δομικών στοιχείων της ζωής. Και όλες αυτές οι προκλήσεις απαιτούν την ικανότητα πρόσβασης, παρατήρησης και ελέγχου της ύλης στη συνοριακή χρονική κλίμακα της ηλεκτρονικής κίνησης και στη χωρική κλίμακα των ατομικών δεσμών».

Η πρόκληση των φωτοκαθοδικών

Οι τρέχοντες επιταχυντές δέσμης ηλεκτρονίων χρησιμοποιούν γενικά θερμιονική εκπομπή – τη θέρμανση του υλικού για την απελευθέρωση ηλεκτρονίων. Η επόμενη γενιά επιταχυντών θα δημιουργήσει πηγές ηλεκτρονίων από φωτόνια, χρησιμοποιώντας φωτοκάθοδοι – υλικά που μπορούν να μετατρέψουν τα φωτόνια σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και, συνεπώς, σε δέσμες ηλεκτρονίων. Η φύση αυτής της διαδικασίας παράγει διαβρωτικά που προσθέτουν σημαντική φθορά στις φωτοκαθόδους, διακόπτοντας την έρευνα για σέρβις και προσθέτοντας χρόνο και κόστος στα έργα.

«Οι επιταχυντές του μέλλοντος απαιτούν όλο και περισσότερες δέσμες ηλεκτρονίων υψηλής απόδοσης», είπε ο Yamaguchi. “Αλλά αυτές οι απαιτήσεις απόδοσης ξεπερνούν δραματικά τις δυνατότητες των σημερινών σύγχρονων πηγών ηλεκτρονίων.”

Για να λειτουργήσουν οι φωτοκάθοδοι σε επιταχυντές επόμενης γενιάς, χρειαζόταν μια κατάλληλη προστατευτική επίστρωση. Αυτό συμβαίνει επειδή η αντίδραση από τα φωτόνια που προσκρούουν στις φωτοκάθοδοι για να εκπέμπουν ηλεκτρόνια παράγει επίσης διαβρωτικό αέριο που μπορεί γρήγορα να αποικοδομήσει τις διααλκαλικές φωτοκάθοδοι λεπτής μεμβράνης, κατασκευασμένες από αντιμόνιο, κάλιο και καίσιο.

Το καίσιο είναι το ιδανικό υλικό για επιταχυντές επειδή έχει χαμηλή λειτουργία εργασίας. Η συνάρτηση εργασίας είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αφαίρεση ενός ηλεκτρονίου από το υλικό και την τοποθέτησή του στο κενό, ένα απαραίτητο βήμα στην παραγωγή δέσμης ηλεκτρονίων. Αυτή η χαμηλή λειτουργία εργασίας έχει, ωστόσο, κόστος, με τη μορφή αυξημένης ζημιάς από χημικές αντιδράσεις και ευαισθησίας στον αντίστροφο βομβαρδισμό ιόντων. Λεπτή μεμβράνη Οι διάρκειες ζωής είναι περιορισμένες ακόμη και σε καταστάσεις εξαιρετικά υψηλού κενού.

Το γραφένιο προσφέρει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα

Οι ερευνητές αναζήτησαν ένα υλικό που θα μπορούσε να προστατεύσει τη φωτοκάθοδο, επιτρέποντας ταυτόχρονα την εκπομπή ηλεκτρονίων. Βρήκαν την απάντησή τους στο γραφένιο.

«Από όσο γνωρίζω, δεν υπάρχει άλλο υλικό που να μπορεί να μεταδώσει ηλεκτρόνια και ταυτόχρονα να προστατεύσει το υλικό», είπε ο Γιαμαγκούτσι. “Ένα πολύ πορώδες υλικό θα επιτρέψει στα ηλεκτρόνια να μεταδώσουν, αλλά τότε δεν μπορείτε να προστατέψετε το υλικό από διαβρωτικά αέρια. Η μοναδικότητα του γραφενίου είναι ότι είναι ατομικά αρκετά λεπτό για να μεταδίδει ηλεκτρόνια, αλλά η ατομική δομή είναι επίσης αρκετά γεμάτη ώστε να μην διαβρωτικό αέριο μπορεί να το διαπεράσει».

Η επίστρωση των διααλκαλικών φωτοκαθόδων παρουσίασε μια φιλόδοξη τεχνική πρόκληση. Κατανεμημένο στη φωτοκάθοδο σε ένα στρώμα πάχους μόλις ενός ατόμου, το γραφένιο διαθέτει υψηλή αδιαπερατότητα αερίων, η οποία προστατεύει τη φωτοκάθοδο από τη ζημιά των αερίων που δημιουργούνται από τη μετατροπή φωτονίου σε ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Ταυτόχρονα, η υψηλή κβαντική απόδοση του γραφενίου (το μέτρο του πόσο καλά ένα υλικό μετατρέπει τα φωτόνια σε ηλεκτρόνια) σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν ακόμα να περάσουν μέσα από την επίστρωση – απαραίτητη για τη δημιουργία και την επιτάχυνση της δέσμης ηλεκτρονίων για έρευνα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απόδοση μετάδοσης των φωτοηλεκτρονίων ήταν 5%, που θεωρητικά έχει περιθώρια βελτίωσης έως και περίπου 50%, ένα πολλά υποσχόμενο ποσοστό που υποδηλώνει ότι το υλικό προστατεύεται ενώ εξακολουθεί να επιτρέπει την παραγωγή μιας δέσμης ηλεκτρονίων.

«Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν σημαντική πρόοδο προς τις πλήρως ενθυλακωμένες διααλκαλικές φωτοκαθόδους που έχουν τόσο υψηλά QE όσο και μεγάλη διάρκεια ζωής χρησιμοποιώντας ατομικά λεπτά στρώματα προστασίας», δήλωσε ο Yamaguchi.

Η επίστρωση φωτοκαθόδου βασίζεται στην τεχνολογία “Atomic Armor”, η οποία επιλέχθηκε για το R&D 100 το 2019. Προηγούμενη έρευνα με την τεχνολογία γραφενίου έχει διερευνήσει τη χρησιμότητά του ως φράγματος διάβρωσης, που ενδεχομένως εφαρμόζεται σε αυτοκίνητα, πλοία, αεροσκάφη και άλλα αγαθά.


Δημιουργία καλύτερων πηγών ηλεκτρονίων με γραφένιο


Περισσότερες πληροφορίες:
Fangze Liu et al, Φωτοεκπομπή από φωτοκάθοδο Bialkali μέσω ενός ατομικά λεπτού στρώματος προστασίας, Εφαρμοσμένα Υλικά & Διεπαφές ACS (2021). DOI: 10.1021/acsami.1c19393

Παραπομπή: Το ‘Atomic Armor’ για επιταχυντές επιτρέπει τις ανακαλύψεις (2022, 25 Ιανουαρίου) ανακτήθηκε στις 25 Ιανουαρίου 2022 από τη https://phys.org/news/2022-01-atomic-armor-enables-discoveries.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.