Принцип действия большинства источников электронного излучения (рентгеновских трубок) основан на принципе теплового возбуждения или термоэлектронной эмиссии, что позволяет генерировать потоки электронов высокой плотности. Но подобные источники нельзя назвать идеальными. Их режим работы не является устойчивым; они достаточно громоздкими, кроме того, активно нагревают окружающее пространство. Поэтому холодная катодная эмиссия, возможная при комнатной температуре и обеспечивающая высокую плотность результирующего потока даже при относительно небольших электрических полях, представляется лучшей альтернативой. С этой точки зрения углеродные нанотрубки и другие углеродные наноматериалы являются весьма перспективными, т.к. эмитированные ими при определенных условиях электронные лучи имеют малый энергетический разброс. Такая особенность делает их особенно привлекательными для приложений, где требуется отображение, полученное с помощью электронного луча, с высоким разрешением.
Работая в этом направлении, группа ученых из Rutgers University (США), а также их коллеги из Японии и Великобритании обратили внимание на так называемый восстановленный оксид графена (rGO), также являющийся хорошим низко-температурным излучателем. Результаты их работы опубликованы в журнале ACS Nano.
Графен представляет собой плоские листы толщиной всего в 1 атом углерода, имеющие гексагональную кристаллическую структуру. За счет своих уникальных электронных и магнитных свойств, графен, а также его производные (оксид графена, восстановленный оксид графена) привлекают повышенное внимание научной общественности. Но из ряда подобных друг другу материалов, восстановленный оксид графена является одним из наиболее интересных, т.к. по сравнению с другими, он достаточно легко производится в необходимых масштабах.
Исследователи провели свои эксперименты с полевой эмиссией, прикладывая напряжение смещения между катодом из восстановленного оксида графена и плоскоим анодом, расположенным перпендикулярно эмиттеру. Конфигурация экспериментальной установки позволяла убедиться в том, что эмиссия идет только с катода. Результаты эксперимента показывают, насколько большим должно быть электрическое поле, чтобы вызвать эмиссию; кроме того, изучался характер испускаемых электронных пучков.
Предложенный для роли эмиттера материал уникален еще и тем, что он является первым обнаруженным линейным источником электронного излучения, в отличие от использовавшихся ранее наноструктур, в основном являвшихся точечными источниками. Хотя такие точечные источники демонстрируют низкий порог эмиссии за счет локального усиления поля на конце острия, на практике работать с ними может быть трудно, т.к. для реализации этой возможности отдельные источники должны быть расположены друг от друга на относительно большом расстоянии. Это ограничивает общий ток, который возможно получить.
Помимо открытия нового типа излучателя, работа помогла ученым лучше понять фундаментальные свойства линейных источников электронного излучения.
