Японские исследователи из Университета Цукубы разработали инновационный метод создания генератора электронных пучков, используя для этого грифель от механического карандаша. Этот простой и недорогой подход позволяет получить высокопроизводительный источник электронного излучения, который по своим характеристикам не уступает более сложным и дорогостоящим аналогам, созданным на основе наноматериалов.
Ключом к успеху стало использование природной структуры графита внутри грифеля. Графитовые чешуйки в стержне механического карандаша естественным образом выровнены вдоль его длины. Ученые обработали сломанный кончик грифеля при высоких температурах в условиях сверхвысокого вакуума. Этот процесс привел к полной графитизации поверхности, в результате чего обнажились вертикально выровненные грани графена на острие образца.
При испытаниях в полевом эмиссионном микроскопе полученный источник продемонстрировал стабильную эмиссию электронов с характерным узором в форме «стрекозы», что является отличительной чертой излучения именно с края графена. Измерения показали, что источник на основе грифеля генерирует сильные токи электронов при относительно низкой напряженности электрического поля — всего несколько вольт на микрометр.
Важным достижением является исключительная стабильность такого эмиттера. Уникальная заостренная геометрия и химическая стабильность графеновых кромок позволили источнику сохранять работоспособность даже в неоптимальных условиях, например, при повышенном давлении азота. Эта долговечность в сочетании с простотой метода изготовления открывает путь к созданию практичных и дешевых альтернатив сложным наноуглеродным установкам.
Исследование подтверждает, что эффективные источники электронного излучения можно создавать из графеновых кромок, полученных из повседневных материалов. Благодаря способности обеспечивать высокое качество пучка при низкой стоимости, графитированные грифели могут найти применение в электронной микроскопии, а также в фундаментальных исследованиях выдающихся электронных свойств графена.