金刚石光发射中反 Dowell-Schmerge 过程的证据

大量对光注入器应用具有高度实际重要性的金属与半导体光阴极紧密遵循描述平均横向能量（$MTE$）谱依赖性的 1/3 梯度 Dowell-Schmerge（DS）定律，即 $MTE$ 作为入射激光光子能量的函数。然而，某些（罕见的）半导体光阴极显示出显著不同的 $MTE$ 趋势。例如，对 PbTe、BaLaSnO 或 Hf/HfO$_2$ 的谱 $MTE$ 测量已清晰展示出不同于 DS 定律的趋势，表现为非单调、增长更缓，或呈现恒定 $MTE$ 随激光光子能量不变。我们发现，$n$ 型超纳米晶金刚石（UNCD）与单晶金刚石是反 DS 光阴极，其 $MTE$ 随入射光子能量增加而下降。先前已确定 UNCD 在近紫外波段是一种高发射材料，其量子效率（$QE$）随激光光子能量增长。UNCD 的高增长 $QE$ 与低下降 $MTE$ 这一独特而新颖的组合，可能通过在其功函数之上（根本不同于近光发射阈值的“玻尔兹曼尾部”工作模式）工作，铺就所需的高亮度电子束之路。另一显著结果随之而来：由于 UNCD 是 $sp^2$ 晶界稀释的 $sp^3$ 金刚石基质，在材料合成中对晶界/晶粒工程的调控可生产不同种类的 UNCD。由此在不同 UNCD 光阴极中对 $sp^3$-to-$sp^2$ 比的调节，实现了从规范 +1/3 DS 到近似 -1/3 梯度“反 DS”行为的切换。