Photoemissionlähteet

Photoemissionlähteet ovat elektronien lähteitä, joissa elektroneja vapautuu fotonien vaikutuksesta fotokathodilta. Niitä käytetään sekä tutkimuksessa että sovelluksissa, joissa tarvitaan nopeaa ja tarkkaa elektronivirtaa, kuten fotoelektroniseen spektroskopiaan ja elektronipulssien tuottamiseen.

Periaate: Fotoelektrinen vaikutus toteutuu, kun fotonin energia hν ylittää fotokathodin työfunktion φ. Tällöin fotonit voivat irrottaa elektroneja fotokathodilta, ja vapautuneen elektronin kineettinen energia on likimäärin E_k = hν − φ. Emitoitujen elektronien määrä riippuu fotonien fluxista ja fotokathodin ominaisuuksista.

Materiaalit: Yleisimmät fotokathodit ovat metallisia kuten Cu ja Au sekä epätyypilliset semikonduktorifotokathodit, kuten Cs-aktivoidut GaAs ja GaN-pohjaiset rakenteet. Erityisesti NEA-aktivoidut GaAs-fotokathodit mahdollistavat polarisoitujen elektronien tuottamisen. Fotokathodien suorituskyky riippuu pinnan puhtaudesta, vakuumista sekä työfunktion hallinnasta.

Rakenne ja käyttö: Photoemissionlähteet voivat olla DC-tyyppisiä tai RF-gun-tyyppisiä elektronisyöttölaitteita. Ne käyttävät usein lasersyvää fotonointia, ja voivat tuottaa sekä jatkuvaa että pulssimaista virtaa. Pulssilaserssa tuotetaan lyhyitä, usein femtosekuntisia elektronipulsseja.

Sovellukset: Niitä käytetään laajasti fotoelektroniseen spektroskopiaan (PES, UPS, XPS, ARPES) sekä elektronipulssien tuottamiseen suurissa tutkimuslaitoksissa ja akkeloissa, joissa tarvitaan korkean kirkkauden ja pienen emittancein lähteitä.

Haasteet: Fotokathodien elinikä ja vakaus riippuvat pinnan puhtaudesta sekä vakuumin laadusta. Korkeat jännitteet, säteily ja kemiallinen stabiilisuus asettavat lisävaatimuksia suunnittelulle ja huollolle.