1,721,120 research outputs found
Kohärente Kontrolle und Starkfeldeffekte in Photoemission von niedrigdimensionalen Nanostrukturen
No full textIn this thesis, the interaction of ultrashort laser pulses with metallic nanometric solidstate systems is investigated. Photoemission from zero-dimensional and one-dimensional nanostructures gives insight into the emission dynamics, which are mediated by the waveform of the driving laser pulses and the electric near-fields at the emitter surface. On the one hand, the femtosecond-short single-color or two-color laser fields give rise to attosecond control of electron emission, both in the perturbative and strong-field photoemission regime. On the other hand, the nanostructure itself alters the induced near-field distribution, such that strong-field effects can be observed on micrometer scales.
We demonstrate that multi-photon photoemission, including above-threshold orders from a needle tip, can be coherently controlled with the optical phase between two light fields with a modulation fidelity of nearly 100%. Hence, the electron current can be strongly increased or almost fully turned off due to interference between two different quantum channels in the material. We argue that the extremely high degree of coherence evidenced by this near-unity current modulation depth is due to the confining nature of local field enhancement at the tip.
We observe the temporal manipulation of electron excitation from tungsten needle tips and their trajectories after emission in the strong-field regime utilizing a two-color laser field. The formerly observed pristine electron yield control in the perturbative regime is transferred to energy-resolved measurements of rescattered electrons. Here, a new fundamental marker for multi-color strong-field photoemission, the critical phase, is found in the experiment and accompanying quantum simulations. Furthermore, the extreme sensitivity of the rescattering process in the two-color field leads to the successful probing of the optical second-harmonic near-field strength at the tip, otherwise not accessible by conventional experimental techniques.
The zero-dimensional nature of needle tips leads to the confinement of optical fields to nanometer sized emission areas and large optical field enhancement, which makes these nanostructures valuable tools for the investigation of strong-field phenomena. In the last chapter of this thesis, we present, that electron energy spectra of photoemitted electrons from a nanometric blade structure, extruded macroscopically in one dimension, reveal typical features of strong-field recollision. Furthermore, because the emission area is now extended in one dimension, we extract more than 10000 electrons per laser pulse, and the highest-energy electrons reach energies in excess of 1 keV. Compared to zero-dimensional structures (e.g., needle tips), the total amount of emitted charge and reachable electron energies in the strong-field regime are more than an order of magnitude higher, which makes this structure a potential candidate as a bright electron source in various applications.In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung von ultrakurzen Laserpulsen mit metallischen nanometergroßen Festkörpersystemen untersucht. Die Photoemission von Nanostrukturen mit niedriger Dimensionalität gibt Einblick in die Emissionsdynamik, die durch die Wellenform der treibenden Laserpulse und der elektrischen Nahfelder an der Emitteroberfläche beeinflusst wird. Auf der einen Seite führen die ein- oder zweifarbigen Laserfelder mit Femtosekunden Pulsdauer zu einer Attosekundenkontrolle der Elektronenemission, sowohl im perturbativen als auch im Starkfeldregime. Andererseits verändert die Nanostruktur selbst die induzierte Nahfeldverteilung, so dass Starkfeldeffekte auf der Mikrometer-Skala zu beobachten sind.
Wir zeigen, dass die Photoemission im Multiphotonenregime von einer nanometrischen Spitze mit der optischen Phase zwischen zwei Lichtfeldern mit einer Modulationstiefe von fast 100% kohärent gesteuert werden kann. Dadurch kann der Elektronenstrom durch Interferenzen zwischen zwei verschiedenen Quantenkanälen im Material stark erhöht oder fast vollständig abgeschaltet werden. Wir argumentieren, dass der extrem hohe Grad an Kohärenz, der sich aus diesem nahezu perfekten Modulationsgrad ergibt, auf die Lokalisierung der Nahfeldverstärkung an der Spitze zurückzuführen ist.
Im Starkfeldregime beobachten wir die zeitliche Manipulation der Trajektorien photoemittierter Electronen ausWolframspitzen mit einem zweifarbigen Laserfeld. Die außergewöhnliche Kontrolle der Photoemission im perturbativen Regime wird auf energieaufgelöste Messungen von zurückgestreuten Elektronen übertragen. Hier findet sich im Experiment und den begleitenden Quantensimulationen ein neuer fundamentaler Marker für die Photoemission im Starkfeldregime, die kritische Phase. Darüber hinaus führt die extreme Empfindlichkeit des Rückstreuprozesses im Zweifarbenfeld zur Messung der optischen Nahfeldstärke des Laserfeldes der zweiten Harmonischen an der Spitze, die sonst mit herkömmlichen experimentellen Techniken nicht zugänglich ist.
Die Nulldimensionalität der Metallspitzen führt dazu, dass optische Felder auf nanometergroße Emissionsflächen beschränkt werden und hohe optische Feldverstärkung erfolgt, was diese Nanostrukturen zu wertvollen Werkzeugen für die Untersuchung von Starkfeldphänomenen macht. Im letzten Kapitel dieser Arbeit demonstrieren wir, dass Energiespektren photoemittierter Elektronen aus einer nanometrischen Klingenstruktur, makroskopisch in einer Dimension extrudiert, typische Merkmale von feldgetriebener Rückstreuung zeigen. Da die Emissionsfläche nun in einer Dimension erweitert ist, extrahieren wir mehr als 10.000 Elektronen pro Laserpuls und Elektronenenergien von über 1 keV werden gemessen. Im Vergleich zu nulldimensionalen Proben (z.B. Nadelspitzen) ist die Gesamtmenge der emittierten Ladung und die erreichbare Elektronenenergie im Starkfeldregime mehr als eine Größenordnung erhöht, was diese Struktur zu einem potenziellen Kandidaten als brillante und kohärente Elektronenquelle in verschiedenen Anwendungen macht
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Nanostrukturen für die ultraschnelle Kontrolle freier und gebundener Elektronen
No full textThe control and regulation of current is essential for modern electronics. The faster electron currents are controlled, the faster information is transmitted and processed; the requirements for transmission speed are constantly increasing with the advancing development of technology. In this dissertation, various nanostructures for ultrafast light-matter interaction are presented, which can serve as the basis for modern lightwave electronics. The fabrication of the structures by photolithography allows the realization of tailored geometries and complicated arrangements on smallest length scales. High reproducibility and stability due to fabrication on substrate form an excellent basis for optical experiments. Due to their size, nanostructures are a spatially well-defined source of electrons. In combination with ultrafast laser pulses of few cycles, the interactions between light and electron are well defined not only spatially but also temporally and form the ideal basis for modern lightwave electronics.
The focus of this work is on the electron lithographic fabrication of gold nanotips, of which two types of different orientations have been fabricated and are briefly summarized below:
A planar tip with orientation along the sample surface offers the possibility to manipulate and detect the photoemission of electrons as well as their direction. Due to tip lengths between 120 and 250 nm, the effect of nanoantenna resonances on the light-matter interaction and, consequently, the electric near-fields of the structure can be detected directly in the photocurrent.
Tips with orientation perpendicular to the sample surface exhibit excellent geometrical properties to manipulate the electric near fields and control the photoemission of electrons. Typical tip radii smaller than 10 nm result in high field enhancement factors of the electric near field and allow promising strong field effects. Moreover, it is possible to fabricate entire arrays of tips, with spacing down to 75 nm, making them excellent candidates for correlation experiments.
In addition to nanotips, two other structures were presented.
Also in the realm of light-matter interaction is the excitation of bound electrons in graphene. Individual graphene strips up to 43 nm wide and 11 graphene strips 120 nm wide and 600 nm apart are fabricated and characterized to study the waveform-dependent current.
The fourth structure in this work is used to prepare for the control of free electrons using a ponderomotive potential. This requires electrical vias, which are fabricated by laser lithography and plasma-assisted etching.Die Kontrolle und Steuerung von Strom ist für die moderne Elektronik unerlässlich. Je schneller Elektronenströme kontrolliert werden, desto schneller werden Informationen übertragen und verarbeitet; die Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit steigen dabei stetig mit der fortschreitenden Entwicklung der Technik. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden verschiedene Nanostrukturen für ultraschnelle Licht-Materie-Wechselwirkung vorgestellt, welche als Grundlage für eine moderne Lichtwellenelektronik dienen können. Die Herstellung der Strukturen mittels Photolithographie ermöglicht die Realisierung maßgeschneiderter Geometrien und komplizierter Anordnungen auf kleinsten Längenskalen. Eine hohe Reproduzierbarkeit und Stabilität durch die Herstellung auf Substrat bilden eine hervorragende Grundlage für optische Experimente. Aufgrund ihrer Größe sind Nanostrukturen eine räumlich wohldefinierte Quelle von Elektronen. In Kombination mit ultraschnellen Laserpulsen weniger Zyklen sind die Wechselwirkungen zwischen Licht und Elektron nicht nur räumlich sondern auch zeitlich wohl definiert und bilden die ideale Grundlage für moderne Lichtwellenelektronik.
Der Fokus der Arbeit liegt auf der elektronenlithographischen Fabrikation von Gold-Nanospitzen, von denen zwei Typen unterschiedlicher Orientierung hergestellt wurden und im Folgenden kurz zusammengefasst werden:
Eine planare Spitze mit Orientierung entlang der Probenoberfläche bietet die Möglichkeit, die Photoemission von Elektronen sowie deren Richtung zu manipulieren und zu detektieren. Aufgrund von Spitzenlängen zwischen 120 und 250 nm können die Auswirkung von Nanoantennenresonanzen auf die Licht-Materie-Wechselwirkung und damit verbunden die elektrischen Nahfelder der Struktur direkt im Photostrom nachgewiesen werden.
Spitzen mit Orientierung senkrecht zur Probenoberfläche weisen hervorragende geometrische Eigenschaften auf, um die elektrischen Nahfelder zu manipulieren und die Photoemission von Elektronen zu kontrollieren. Typische Spitzen-Radii kleiner als 10 nm resultieren in hohen Feldüberhöhungsfaktoren des elektrischen Nahfeldes und ermöglichen vielversprechende Starkfeldeffekte. Zudem ist es möglich, ganze Anordnungen von Spitzen, mit Abständen bis zu 75 nm, herzustellen, was sie zu hervorragenden Kandidaten für Korrelationsexperimente macht.
Neben den Nanospitzen wurden noch zwei weitere Strukturen vorgestellt.
Ebenfalls im Bereich der Licht-Materie-Wechselwirkung anzusiedeln ist die Anregung gebundender Elektronen in Graphen. Zur Untersuchung des wellenformabhängigen Stromes werden einzelne Graphenstreifen mit einer Breite von bis zu 43 nm sowie 11 Graphenstreifen mit 120 nm Breite und 600 nm Abständen zueinander hergestellt und charakterisiert.
Die vierte Struktur dieser Arbeit dient der Vorbereitung auf die Kontrolle freier Elektronen mittels eines ponderomotorischen Potentials. Dafür werden elektrische Durchkontaktierungen benötigt, welche mittels Laserlithographie und plasmaassistiertem Ätzen hergestellt werden
Quantenkohärente Kontrolle der Photoemission von ultraschnellen und ultrahellen Nanometer-Emittern auf Spitzenbasis
No full textElectron emitters in the form of nanometer-sharp tips, nanotubes, and nanowires are an essential building block in a variety of fields, such as X-ray computed tomography, flexible displays, chemical sensors, and electron microscopy. In time-resolved operation, tip-based emitters triggered with femtosecond laser pulses are well known for their excellent transverse coherence and strongly enhanced near-field. Highly efficient coherent control of multiphoton photoemission in a two-color laser field has been demonstrated recently.
In this thesis, a novel electron emitter based on a single-crystalline nanowire (NW) of LaB6 is investigated under illumination with femtosecond laser pulses. The LaB6 NW emitter has been previously demonstrated as an ultrabright and monochromatic DC field emitter where the achieved normalized
DC brightness is up to two orders of magnitude higher than that achievable
with W(310) tips. Multiphoton photoemission from the LaB6 NW emitter is
demonstrated, and the photon orders are determined from the power scaling
measurements. The low half divergence angle (82 mrad) of the photoelectron
beam shows an increase with decreasing wavelength when the wavelength
is varied from 256 nm to 2650 nm. The proposed model based on the comparison between the determined total absorption energy for different wavelengths and the density of states (DOS) of LaB6 explains the observed increase with good agreements. Furthermore, a biprism interference measurement is performed to determine the effective source size of the emitter under the illumination of a few-cycle femtosecond laser. An effective source size of (1.5 +/- 0.16) nm is obtained. The obtained beam normalized rms emittance (1.30 pm rad) and the normalized rms peak brightness (3.77*10^17 A/m^2 sr) show excellent beam quality. The results enable an ultrafast and ultrabright nanowire emitter that meets the requirements of dielectric laser accelerators (DLA) and other applications such as ultrafast electron microscopes.
Furthermore, quantum interference visibility spectroscopy of two-color photoemission from tungsten needle tips is demonstrated. During the excitation by an intense bichromatic laser field, electrons can be emitted through different excitation pathways involving different combinations of photons of each color. Quantum interference between these pathways creates a strong oscillation of the photoelectron current, which is experimentally characterized by its visibility (contrast). The visibility of the quantum-pathway interference is studied over a nearly octave-spanning wavelength range of the fundamental (ω) and the second harmonic (2ω) laser pulses. The results show high interference visibility (90% +/- 5%) with a remarkably constant distribution over the measured wavelength range. Moreover, it is observed that by varying the relative intensity ratio of the two colors, the visibility from 0% to nearly 100% can be varied. The proposed simple yet insightful theoretical model explains all observations with excellent quantitative agreements. It is envisioned that the presented quantum interference visibility spectroscopy will offer a powerful tool for gaining deep insights into multiphoton processes and photoemission dynamics in materials such as individual atoms, molecules, clusters, and nanomaterials, as well as extended surfaces
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Doppellagenstrukturen zum elektrodynamischen und elektrostatischenFühren und Teilen von Strahlen geladener Teilchen
Get PDFElektronen- und Ionenstrahlen sind unverzichtbare Werkzeuge in zahlreichen Bereichen
der Wissenschaft und Technik, zu denen unter anderem die Strahlentherapie, die Mikroskopie und die Lithografie gehören. In dieser Arbeit wird über das Führen und Aufteilen
von Strahlen geladener Teilchen mithilfe von ponderomotorischen Potentialen berichtet.
Aufbauend auf den bisher einlagigen Mikrowellenstrukturen wurde ein Elektronenstrahlteiler entwickelt, der aus zwei Leiterplatten besteht und das Aufteilen eines Elektronenstrahls für Elektronenenergien bis zu 200 eV erlaubt.
Es wurden zusätzlich elektrostatische Pendants zu den Mikrowellenfallen und Strahlteilern entwickelt, die, obwohl sie technisch anders aufgebaut sind, auf dem gleichen physikalischen Prinzip beruhen. Diese elektrostatischen Instrumente können geladene Teilchen
mit sehr unterschiedlichen Massen in hochgradig einstellbaren Potentialen führen, deren
Form und Stärke lokal durch das Layout der lithografisch hergestellten Elektroden und
die angelegten Spannungen eingestellt werden können. Es werden Messungen gezeigt, die
das Führen von Elektronen und Ionen für einen großen Energie- und Massenbereich (von
20 bis 5000 eV und von 5⋅10-4 bis 131 u) sowie die Aufspaltung von Elektronenstrahlen
in zwei Ausgangsstrahlen für Energien bis in den Kiloelektronenvolt-Bereich demonstrieren.
Es wird theoretisch gezeigt, dass die Miniaturisierung dieser elektrostatischen Strukturen
zu größeren Fallenfrequenzen und damit zu größeren Energieabständen zwischen den
Bewegungszuständen der Teilchen in den effektiven Potentialen führt, wodurch in zukünftigen Experimenten mit Elektronenstrahlen quantenmechanische Phänomene beobachtbar werden sollten.
Zusätzlich wurde in Analogie zu einer linearen Paul-Falle ein elektrostatischer Resonator
für Elektronenstrahlen entwickelt und ein Experiment aufgebaut, um mehrere Umläufe
der Elektronen in diesem Resonator nachzuweisen. Die Messungen mit dem Resonator
wurden zum Zeitpunkt des Verfassens dieser Arbeit noch nicht beendet, jedoch konnten
in der ersten Messreihe bis zu drei Umläufe von Elektronen im Resonator nachgewiesen
werden
Nanodiamant-beschichtete Wolframspitzen: Herstellung und Charakterisierung einer neuartigen Elektronenquelle
No full textElectron beams are powerful tools with applications ranging from treating
cancer to recording ultrafast microscopic movies. The temporal and spatial
resolution of the latter is limited by the electron pulse duration and beam
emittance, respectively. However, the electron sources used in state of the
art ultrafast electron microscopes and our photonic laser acceleration setup
were developed for dc operation. The high brightness Schottky and cold field
emitters suffer from emission instability when triggered by femtosecond laser
pulses.
The main goal of this work was to invent, fabricate and characterize a
robust high brightness emitter designed for femtosecond laser-triggered operation:
We present nanodiamond-coated tungsten needle tips.
This geometry results in a large DC field enhancement at the emitter
apex, which enables operation at GV/m electrostatic fields. These large fields
and the resulting acceleration of emitted electrons are crucial for mitigating
space charge effects and achieving high beam brightness during high current
density operation. To better understand the electrostatic field distribution
at nanometer-sized emitters, we developed a differential phase contrast technique
in a transmission electron microscope. Measuring electron deflection
allows us to determine the 3D electrostatic field with nanometer resolution,
even during dc field emission. We measured up to 2.92 V/nm at a 20 nm sized
tungsten emitter and achieved quantitative agreement between experiment
and simulation.
Another major advantage of the needle shape is the small effective electron
source size both in dc and laser-triggered emission. This leads to a small
source emittance, which is one of the key parameters for realizing a photonic
particle accelerator on a chip, especially at low injection energies. The lower
the injection energy is, the more compact the injector unit can be built due
to reduced electrostatic field breakdown. We demonstrated electron acceleration
using optical near fields in the vicinity of a periodic nanostructure with
energies as low as 9.6 keV.
As emitter material, we chose diamond as it is not only mechanically
and chemically robust, but also exhibits high thermal conductivity. These
properties promise a robust emitter which can withstand the high laser intensity
of femtosecond laser pulses. Furthermore, the diamond surface exhibits
negative electron affnity if it is terminated by hydrogen. Not only does this
significantly lower the work function, it also boosts the photoelectron yield as
the photoexcited carriers can be emitted into vacuum even after thermalizing
to the conduction band minimum. The tungsten substrate was chosen as a
metallic contact which can easily be fabricated in the desired needle shape.
We report a reliable fabrication recipe, which is based on dip-seeding of
electrochemically etched tungsten in nanodiamond suspension, dry-blowing
with pressurized nitrogen and microwave plasma-enhanced chemical vapor
deposition of diamond. Electron energy loss spectroscopy and electron diffraction
in a high resolution transmission electron microscope confirm conformal
diamond coating. The crystallites have a columnar shape, are 20 nm in size
and have graphitic grain boundaries.
Based on the band diagram of this heterostructure, we propose an emission
model, which explains the femtosecond laser-induced multiphoton emission
from the ultraviolet to the infrared (235-1932 nm). Depending on the
laser wavelength and intensity, excitation across the direct band gap or direct
emission into vacuum dominates, which is identified by the number of photons
needed to emit one electron. Furthermore, emission is stable for all wavelengths
and bunch charges investigated. We infer a normalized emittance of
1.2 10^(12) A m^(-2) sr^(-1).
These values are already comparable to published values even though we
used the geometrical source size for the calculation. Therefore, our results
are promising for a future use of diamond-coated tungsten tips as high brightness
ultrafast electron sources.Elektronenstrahlen sind leistungsstarke Werkzeuge, deren Anwendungen von
Krebsbehandlung bis zur Aufnahme ultraschneller mikroskopischer Filme reichen.
Die zeitliche und räumliche Auflösung der letzteren ist durch die
Elektronenpulsdauer bzw. die Strahlemittanz begrenzt. Die in den modernsten
ultraschnellen Elektronenmikroskopen sowie auch in unserem photonischer
Laser-Beschleunigungsaufbau verwendeten Elektronenquellen wurden
jedoch für den Gleichstrombetrieb entwickelt. Ein Nachteil von diesen
Schottky- und Feldemittern ist, dass sie unter Instabilität leiden, wenn sie
durch Femtosekunden-Laser gepulst werden.
Das Hauptziel dieser Arbeit war die Erfindung, Herstellung und Charakterisierung
eines robusten Elektronenemitters mit hohem Richtstrahlwert,
der für den Femtosekunden-Laser-getriggerten Betrieb ausgelegt ist: Wir
präsentieren Nanodiamant-beschichtete Wolframspitzen.
Die Geometrie führt zu einer großen DC-Feldverstärkung an der Emitterspitze,
was den Betrieb bei elektrostatischen Feldern von GV/m ermöglicht.
Diese großen Felder und die daraus resultierende Beschleunigung der emittierten
Elektronen sind entscheidend für die Abschwächung von Raumladungseffekten und das Erreichen eines hohen Strahrichtwerts bei Betrieb mit hoher
Stromdichte. Um die elektrostatische Feldverteilung an nanometrischen
Emittern in Nanometergröße besser zu verstehen, haben wir eine differentielle
Phasenkontrasttechnik in einem Transmissionselektronenmikroskop entwickelt.
Die Messung der Elektronenablenkung ermöglicht es uns, das elektrostatische
3D-Feld mit Nanometer-Auflösung zu bestimmen, sogar während
der Feldemission. Wir haben bis zu 2,92 V/nm an einem 20 nm großen
Wolfram-Emitter gemessen und eine quantitative Übereinstimmung zwischen
Experiment und Simulation erreicht.
Ein weiterer großer Vorteil der Nadelform ist die geringe effektive Größe
der Elektronenquelle sowohl bei der Gleichstrom- als auch bei der lasergetriggerten
Emission. Dies führt zu einer kleinen Quellen-Emittanz, die einer der
Schlüsselparameter für die Realisierung eines photonischen Teilchenbeschleunigers
auf einem Chip ist, insbesondere bei niedrigen Injektionsenergien. Je
geringer die Injektionsenergie ist, desto kompakter kann die Injektionseinheit
aufgrund des elektrostatischen Felddurchbruchs gebaut werden. Wir demonstrierten
die Elektronenbeschleunigung mit optischen Nahfeldern in der Nähe
einer periodischen Nanostruktur mit Energien von nur 9,6 keV.
Als Material für den neuartigen Emitter wählten wir Diamant, da er nicht
nur mechanisch und chemisch robust ist, sondern auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese Eigenschaften versprechen einen robusten Emitter,
der der hohen Laserintensität von Femtosekunden-Laserpulsen standhalten
kann. Darüber hinaus weist die Diamantoberfläche eine negative Elektronenaffnität auf, wenn sie durch Wasserstoff terminiert wird. Dies senkt nicht
nur die Austrittsarbeit erheblich, sondern erhöht auch die Photoelektronenausbeute,
da die photoangeregten Ladungsträger auch nach der Thermalisierung
in das Leitungsbandminimum ins Vakuum emittiert werden können.
Wolfram wurde als metallischer Kontakt gewählt, da Wolfram leicht in der
gewünschten Nadelform hergestellt werden kann.
Wir berichten über ein zuverlässiges Herstellungsrezept, das auf dem
Bekeimen von elektrochemisch geätztem Wolfram in Nanodiamantsuspension,
dem Trockenblasen mit Stickstoff und der mikrowellenplasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung von Diamant basiert. Elektronenenergieverlustspektroskopie
und Elektronenbeugung in einem hochauflösenden
Transmissionselektronenmikroskop bestätigen eine konforme Diamantbeschichtung.
Die Kristallite haben eine säulenförmige Form, sind 20 nm groß und
haben graphitische Korngrenzen.
Basierend auf dem Banddiagramm dieser Heterostruktur schlagen wir
ein Emissionsmodell vor, das die Femtosekundenlaser-induzierte Multiphotonenemission
vom Ultraviolett bis zum Infrarot (235-1932 nm) erklärt. Abhängig von der Laserwellenlänge und -intensität dominiert die Anregung
über die direkte Bandlücke oder die direkte Emission ins Vakuum, die durch
die Anzahl der zur Emission eines Elektrons benötigten Photonen identifiziert wird. Darüber hinaus ist die Emission für alle untersuchten Wellenlängen und Pulsladung stabil. Wir schließen auf eine normalisierte Emittanz
von 1,2 10^(12) A m^(-2) sr1(-1). Diese Werte sind bereits mit publizierten Werten
vergleichbar, obwohl wir für die Berechnung die geometrische Quellengröße
verwendet haben. Daher sind unsere Ergebnisse vielversprechend für einen
zukünftigen Einsatz diamantbeschichteter Wolframspitzen als ultraschnelle
Elektronenquellen mit hohem Richtstrahlwert
- …
