攝影師鏡頭下，首例具有本征相干性的光陰極量子材料鈦酸鍶。課題組供圖

　　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——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(fù)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——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。”

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05900-4