我国科学家发现光阴极“量子”材料

[本刊讯] 西湖大学理学院的何睿华课题组在 “常见”的量子材料的研究中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，为光阴极研发、应用与基础理论发展打开新的天地。

1887年，德国物理学家赫兹在实验中发现，紫外线照射到金属表面电极上会产生火花。1905年，爱因斯坦基于光的量子化猜想，提出对该现象的理论解释。这标志着量子力学大门的正式开启。由此，将“光”转化为“电”的“光电效应”以及能够产生这个效应的“光阴极”材料，进入人类的视野。

传统光阴极材料一般指金属和半导体材料，大多数在60年前已被发现。它们已成为当代粒子加速器、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。然而，这些传统材料存在固有的性能缺陷——它们所发射的电子束相干性太差，即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满足尖端科技应用的要求，必须依赖一系列特殊的材料工艺和电气工程技术来增强其相干性，这势必会大大增加“电子枪”系统的复杂度，提高建造要求和成本。基于光阴极的电子枪技术最近几十年来已有长足的发展，仍然无法跟上科技应用发展的步伐。许多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。

此前以钛酸锶为主的氧化物量子材料研究，主要集中在将它们当作硅基半导体的潜在替代材料，该团队却通过一种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，出乎意料地发现这些常用材料竟然同样承载着触发新奇光电效应的能力——它有著远超于现有光阴极材料的光阴极关键性能——相干性，但无法为现有光电发射理论所解释，它有可能重启一个极其重要、被普遍认为已发展成熟的光阴极技术领域。该团队将在理论和应用方面开展进一步的研究工作。

（胡 杨）