研究人员发现世界首例光阴极量子材料

西湖大学理学院何睿华课题组连同研究合作者，发现了世界首例具有本征相干性的光阴极量子材料，其性能远超传统的光阴极材料，且无法为现有理论所解释，为光阴极研发、应用与基础理论发展打开了新的天地。

光阴极材料是当代粒子加速器、自由电子激光、超快电镜、高分辨电子谱仪等尖端科技装置的核心元件。一直以来，它存在固有的性能缺陷——所发射的电子束“相干性”太差，也就是，电子束的发射角太大，其中的电子运动速度不均一。这样的“初始”电子束要想满足尖端科技应用的要求，必须依赖一系列材料工艺和电气工程技术来增强它的相干性，而这些特殊工艺和辅助技术的引入极大地增加了“电子枪”系统的复杂度，提高了建造要求和成本。

尽管基于光阴极的电子枪技术最近几十年来有了长足的发展，它已渐渐无法跟上相关科技应用发展的步伐。许多前述尖端科技的升级换代呼唤初始电子束相干性在数量级上的提升，而这已经不是一般的光阴极性能优化所能实现的了，只能寄望于在材料和理论层面上的源头创新。

何睿华团队意外在一个物理实验室中“常见”的量子材料“钛酸锶(SrTiO3)”上实现了突破。此前以钛酸锶为首的氧化物量子材料研究，主要是将这些材料当作硅基半导体的潜在替代材料来研究，但何睿华团队却通过一种强大的、但很少被应用于光阴极研究的实验手段：角分辨光电子能谱技术，出乎意料地捕捉到这些熟悉的材料竟然同样承载着触发新奇光电效应的能力——它有着远超于现有光阴极材料的光阴极关键性能：相干性，且无法为现有光电发射理论所解释。