Physics of electron emitting materials: Physique d’émission de matériaux sources d’électrons
Air Force Research Lab. AFRL 01 July 2020 – 30 June 2023 Grant number FA8655-20-1-7039
Air Force Office of Scientific Research AFOSR
Competition IOE – European Office of Aerospace Research and Development (EOARD)
- SPEC Service de Physique de l’Etat Condensé
Les progrès en science des matériaux offrent un large éventail d’options pour explorer de nouvelles propriétés physiques, en particulier dans les régimes extrêmes. Parmi ceux-ci, le régime de champ fort est un domaine de recherche de premier plan. Au-delà d’un champ électrique critique, tout solide émet des électrons par effet tunnel, un phénomène physique d’origine quantique. Au niveau des applications, cette production d’électrons par émission de champ peut être recherchée ou au contraire à éviter.
La technologie des source d’électrons de type photocathode émarge dans la première catégorie. L’objectif est de produire des densités de courant et courants élevés. Les applications visées sont, par exemple, les accélérateurs de particules et les dispositifs radiofréquence. En complète opposition, ce même phénomène peut être perçu comme préjudiciable au bon fonctionnement de nombre de composants. L’occurrence de claquages au sein d’accélérateurs à fort gradient appartient à cette catégorie. Ici, les électrons produits sont responsables de dégradations locales à l’origine de dommages irréversibles au niveau structurel du dispositif. Ainsi, la compréhension des phénomènes d’émission électronique en régime de champ fort constitue un sujet important.
L’objectif du projet POEEMS est de répondre aux questions fondamentales liées à l’émission d’électrons par une surface soumise à un champ électrique extrême. Nous étudierons la physique d’émission de matériaux sources d’électrons dans des conditions de fonctionnement réelles en utilisant une approche multidimensionnelle (espace, énergie, temps) basée sur la microscopie à photoémission d’électrons. La microscopie PEEM permet d’obtenir une cartographie spatiale de la distribution des électrons photoémis au niveau mésoscopique. Elle permet de mettre en évidence les variations locales du rendement d’émission en relation avec les propriétés de surface du matériau. La microscopie PEEM est une technique sensible à l’énergie cinétique des porteurs de charge. Elle établira les courbes de distribution d’énergie des électrons à l’échelle mésoscopique, une empreinte du mécanisme physique mis en jeu. La microscopie PEEM s’appuie sur une source laser pulsée, laquelle ouvre l’accès au suivi de la dynamique de l’émission électronique à une échelle temporelle courte de l’ordre de la centaine de femtosecondes (1 fs = 1.10-15 s).
Tous ces diagnostics contribueront à la compréhension des caractéristiques d’émission d’électrons de ces nouveaux matériaux et fourniront un retour d’information pour leur croissance et leur modélisation.
