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等离激元介导电子发射纳米结构及物理机制研究

批准号:
52072416
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
沈岩
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
沈岩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高效的电子发射阴极是发展新一代高频段、高功率、微型化真空电子器件的核心前提,开发新型的真空电子发射方法和相关电子发射阴极材料是实现该目标的有效途径。本项目提出一种光电共激励和等离激元介导的电子发射新方法,系统开展基于新方法的电子发射材料制备、特性与物理机制、阴极应用基础问题的研究。基于光响应、局域电场模拟计算和纳米材料自组装制备,设计并合成一系列等离激元纳米颗粒与高长径比场发射体构成的电子发射纳米复合结构。发展面向薄膜与阵列的电子发射特性表征方法和面向微区电子发射结构的原位表征方法,系统研究材料的电子发射特性,包括光调控、电流、效率、功耗、均匀性、超快响应、能量散度、稳定性等特性;分析构效关系,定量揭示物理机制,建立电子发射普适方程。依据构效关系和结合阴极应用,优化电子发射纳米结构,研究高效电子发射阴极材料制备方法,为新一代真空电子器件核心部件技术需求提供新方法和新材料。
英文摘要
An electron emission cathode with high efficiency is the core premise of developing a new generation of high frequency, high power and miniaturized vacuum electronic devices. The development of new vacuum electron emission methods and related cathode materials is an effective way to achieve this goal. In this project, we propose a new method of electron emission under the optical-electric excitation and the plasmonic mediation. We are going to carry out the research on the preparation, characteristics and physical mechanism of electron emission materials and the fundamental problems of cathode application based on this new method. Through the simulation of optical response and localized electric field, as well as the self-assembly of nanomaterials, a series of electron emission nanocomposite structures composed of plasmonic nanoparticles and high-aspect-ratio field emitters will be designed and synthesized. The characterization method of electron emission properties for thin films and arrays and in-situ characterization of electron emission structures for micro-regions will be developed, respectively. The electron emission properties of materials are going to be systematically studied, including light regulation, emission current, efficiency, power consumption, uniformity, ultra-fast response, energy spread and current stability. The structure-activity relationship will be analyzed, the physical mechanism will be revealed quantitatively, and the universal equation of electron emission will be established. According to the structure-activity relationship and the application of cathode, the electron emission nanostructure will be optimized, and the preparation method of the efficient electron emission cathode material will be studied, so as to provide new methods and new materials for the technical requirements of the core components of the new generation of vacuum electronic devices.
高量子效率的电子发射光电阴极是发展下一代高频、高功率、微型化真空电子光电子器件的核心前提,开发高性能的真空电子发射产生方法和阴极材料是实现该目标的有效途径。本项目提出了一种支持光电协同激励的等离激元介导电子发射新方法,并系统开展了基于该方法的阴极材料设计与可控制备、电子发射特性与物理机制探究,以及面向阴极器件应用的基础问题研究。具体地,基于光学特性响应、局域电场模拟和自组装纳米材料制备,设计并合成了基于难熔金属钨钼、低维碳基纳米材料与贵金属等离激元纳米结构复合的等离激元介导纳米冷阴极结构。发展了面向准一维点电子源和大面积阵列电子源应用的光电共激励电子发射特性表征方法,系统测试了阴极电子发射特性,并在光电协同激励下分别实现了~109 Am-2sr-1V-1量级的高亮度、~0.77 eV以下的低能散、~200 fs量级的超短脉宽以及对光频率、偏振、幅度等固有属性可调谐等性能。深入分析了上述阴极在等离激元介导电子发射过程中的材料构效关系,定量揭示了电子发射的物理机制,建立了等离激元增强作用与光电场、光子吸收相关联的光电协同电子发射方程。进一步地,优化了电子发射阴极结构,研究了更为可靠的电子发射阴极制备方法,并探索了面向高频太赫兹辐射源的器件应用可行性,成功研制了0.3-5.36 THz输出频率(包含1 THz关键谱段)、100 kW以上脉冲输出功率、室温工作的小型化太赫兹辐射源器件单元。以上成果,为新一代真空电子光电子器件的发展提供了核心部件新技术和新材料。
红外光响应的高亮度可调谐钼单晶微纳 光电冷阴极
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    沈岩
  • 依托单位:
面向1THz高功率小型化真空辐射源的高性能钼微纳光电冷阴极
  • 批准号:
    62471498
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    沈岩
  • 依托单位:
基于纳米材料的超快电子发射、超短电子脉冲性能研究与应用探索
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    沈岩
  • 依托单位:
钼及其氧化物微纳结构单晶体的制备方法与物理特性研究
  • 批准号:
    51702372
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    沈岩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金