西湖大學理學院何睿華課題組連同其他合作者，發(fā)現(xiàn)了世界首例具有本征相干性的光陰極量子材料，其性能遠超傳統(tǒng)光陰極材料，且無法為現(xiàn)有理論所解釋，為光陰極研發(fā)、應(yīng)用與基礎(chǔ)理論發(fā)展打開了新天地。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《自然》。

光陰極材料是當代粒子加速器、自由電子激光、超快電鏡、高分辨電子譜儀等尖端科技裝置的核心元件。一直以來，它存在固有的性能缺陷一所發(fā)射的電子束“相干性”太差，也就是電子束的發(fā)射角太大，其中的電子運動速度不均一。這樣的初始電子束要想滿足尖端科技應(yīng)用的要求，必須依賴一系列材料工藝和電氣工程技術(shù)來增強它的相干性，而這些特殊工藝和輔助技術(shù)的引入，極大增加了“電子槍”系統(tǒng)的復雜度，提高了建造要求和成本。

盡管基于光陰極的電子槍技術(shù)最近幾十年來有了長足發(fā)展，但它已漸漸無法跟上相關(guān)科技應(yīng)用發(fā)展的步伐。許多尖端科技的升級換代要求初始電子束相干性在數(shù)量級上有所提升，而這已不是一般的光陰極性能優(yōu)化能實現(xiàn)的，只能寄望于材料和理論層面的源頭創(chuàng)新。

何睿華團隊意外地在一個物理實驗室中常見的量子材料鈦酸鍶上實現(xiàn)了突破。他們通過一種強大但很少被用于光陰極研究的實驗手段——角分辨光電子能譜技術(shù)，出乎意料地捕捉到這些熟悉的材料竟然同樣承載著觸發(fā)新奇光電效應(yīng)的能力，發(fā)現(xiàn)它有著遠超現(xiàn)有光陰極材料的關(guān)鍵性能一相干性，且無法為現(xiàn)有光電發(fā)射理論所解釋。

《自然》論文匿名審稿人指出：“這一發(fā)現(xiàn)可能會使光陰極技術(shù)發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，該技術(shù)長期以來一直受困于（電子槍）電子束不能同時具有高相干性和高束流強度的矛盾，（這個矛盾的）根源就在于初始電子束的本征非相干性?！薄?/p>

摘自《中國科學報》