飞秒激光诱导纳米金刚石涂层钨针尖的电子发射

我们展示了飞秒激光诱导纳米金刚石涂层钨针尖的电子发射。基于飞秒激光脉冲的短时长，由于多光子激发在整个光谱范围内变得高效，电子可在从红外(1932 nm)到紫外(235 nm)的波长下被光激发。根据激光波长，我们发现不同的主导发射通道，由发射电子所需的光子数来识别。基于钨与纳米金刚石之间的能带排列，相关发射通道可被识别为金刚石及其石墨边界中的特定跃迁。正是初态与末态的性质(即体相或近表面、金刚石能带结构中的直接或非直接激发)、提供激发能量的光子数以及激光脉冲的峰值强度的组合，决定了光发射的主导激发通道。氢终止纳米金刚石涂层的一个特定特征是其负电子亲和势，这显著降低了功函数，并使导带底向真空的高效发射无需能垒。这些针尖的性质令人鼓舞，可用于超快电子显微镜与衍射以及新型基于光子学的激光加速器等应用中的激光触发电子源。发射在每个激光脉冲束荷高达 400 个电子时稳定。我们推断其归一化发射度为 < 0.20 nm rad，归一化亮度为 > $1.2 \cdot 10^{12} \text{A} \text{ m}^{-2} \text{ sr}^{-1}$。