飞秒激光诱导纳米金刚石涂层钨针尖的电子发射

摘要： 我们展示了纳米金刚石涂层钨针尖的飞秒激光诱导电子发射现象。由于飞秒激光脉冲的极短脉宽，在红外（1932纳米）至紫外（235纳米）波长范围内均可实现光电子激发——因为多光子激发在整个光谱范围内都保持高效。根据激光波长不同，我们发现存在以所需光子数区分的主导发射通道。基于钨与纳米金刚石的能带排列，这些发射通道可对应金刚石及其石墨化边界中的特定电子跃迁。决定光发射主导激发通道的关键因素包括：初态与末态特性（即金刚石能带结构中的体相/近表面态、直接/间接激发）、提供激发能量的光子数以及激光脉冲峰值强度。氢终端纳米金刚石涂层的特殊之处在于其负电子亲和势能显著降低功函数，使导带底电子无需克服能垒即可高效发射至真空。该发射过程在每激光脉冲高达400个电子的束团电荷量下仍保持稳定。我们推算其归一化发射度<0.20纳米·弧度，归一化峰值亮度>1.2×1012安培·米?2·球面度?1。这些针尖的特性使其有望作为激光触发电子源，应用于超快电子显微镜、衍射技术及新型光子学激光加速器等领域。