Suenan como armas futuristas, pero las pistolas de electrones son en realidad herramientas de trabajo para la investigación y la industria: emiten corrientes de electrones para microscopios electrónicos, equipos de modelado de semiconductores y aceleradores de partículas, por nombrar algunos usos importantes.
Ahora, los científicos de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía han descubierto cómo aumentar estos flujos de electrones 13,000 veces aplicando una sola capa de diamondoides jaulas de diamantes diminutas y perfectas al oro afilado de una pistola de electrones.propina.
Los resultados, publicados en Nanotecnología de la naturaleza , sugieren un enfoque completamente nuevo para aumentar la potencia de estos dispositivos. También proporcionan una vía para diseñar otros tipos de emisores de electrones con precisión átomo por átomo, dijo Nick Melosh, profesor asociado en SLAC y Stanford, quien dirigió elestudiar.
Los diamondoides son jaulas entrelazadas hechas de átomos de carbono e hidrógeno. Son los pedazos de diamante más pequeños posibles, cada uno de los cuales pesa menos de una mil millonésima parte de una mil millonésima parte de un quilate. Ese pequeño tamaño, junto con su estructura rígida y resistente y su alto contenido químicopureza, les da propiedades útiles de las que carecen los diamantes más grandes.
SLAC y Stanford se han convertido en uno de los principales centros mundiales para la investigación de diamondoides. Los estudios se llevan a cabo a través de SIMES, el Instituto de Stanford para Ciencias de los Materiales y la Energía, y un laboratorio en SLAC se dedica a extraer diamondoides del petróleo.
En 2007, un equipo dirigido por muchos de los mismos investigadores del SIMES demostró que una sola capa de diamondoides sobre una superficie metálica podía emitir y enfocar electrones en un haz diminuto con un rango de energías muy estrecho.
El nuevo estudio analizó si un recubrimiento diamondoide también podría mejorar las emisiones de los cañones de electrones.
Una forma de aumentar la potencia de un cañón de electrones es hacer que la punta sea realmente afilada, lo que facilita la extracción de los electrones, dijo Melosh. Pero estas puntas afiladas son inestables; incluso pequeñas irregularidades pueden afectar su rendimiento. Los investigadores hantraté de evitar esto cubriendo las puntas con productos químicos que aumentan la emisión de electrones, pero esto puede ser problemático porque algunos de los más efectivos estallan en llamas cuando se exponen al aire.
Para este estudio, los científicos utilizaron diminutos nanopilares de alambre de germanio como sustitutos de las puntas de los cañones de electrones. Cubrieron los alambres con oro y luego con diamondoides de varios tamaños.
Cuando los científicos aplicaron un voltaje a los nanocables para estimular la liberación de electrones de las puntas, descubrieron que obtenían los mejores resultados de puntas recubiertas con diamondoides que constan de cuatro "jaulas". Estos liberaron 13.000 veces más electrones quepuntas de oro desnudo.
Otras pruebas y simulaciones por computadora sugieren que el aumento no se debió a cambios en la forma de la punta o en la superficie de oro subyacente. En cambio, parece que algunas de las moléculas de diamondoides en la punta perdieron un solo electrón; no esclaro exactamente cómo. Esto creó una carga positiva que atrajo a los electrones de la superficie subyacente y facilitó que fluyeran fuera de la punta, dijo Melosh.
"La mayoría de las otras moléculas no serían estables si eliminaras un electrón; se desmoronarían", dijo. "Pero la naturaleza enjaulada del diamondoide lo hace inusualmente estable, y es por eso que este proceso funciona. Ahora queentendemos lo que está pasando, podemos usar ese conocimiento para diseñar otros materiales que sean realmente buenos para emitir electrones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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