用快速模式识别算法确认先进碳材料中的渡越时间限制场发射

实验场发射面积的准确估算在真空电子学中仍是一大挑战。缺乏可便捷测量该参数的手段造成了关键的知识空白，使理论与实验难以比较。本工作中，开发了一种快速模式识别算法以补充场发射显微镜，二者共同构成一种获取并分析电子发射显微图像从而定量估算场发射面积的方法。该算法易于使用并以免费软件形式向学界公开，故在此详述。给出三个直流发射实例以展示该算法在确定发射体空间分布、计算发射面积，并最终获取两种具技术重要性的场发射材料（即超纳米晶金刚石薄膜与碳纳米管纤维）的实验电流密度随电场变化关系中的适用性。给出了明确结果，展示了电流密度饱和，并再次证明传统 Fowler-Nordheim 理论、其 Murphy-Good 扩展及真空空间电荷效应均无法描述此类行为，并予以讨论。我们还表明，渡越时间限制的电荷补给能捕捉实验中观测到的电流密度饱和行为，并对本工作所研究的所有情况与实验数据给出良好定量吻合。