DIelectric coating for Electron EMission: Emission d’électrons par effet de champ, intérêt des revètements diélectriques
Air Force Research Lab. AFRL September 2023 – September 2026 Grant number FA8655-23-1-7073
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, en particulier dans les régimes extrêmes. Parmi ceux-ci, le régime de champ fort est un domaine de recherche actif. Au-delà d’un champ électrique critique, toute surface émet des électrons par effet tunnel, un processus fondamental d’origine quantique. L’émission électronique peut être considérée comme un outil naturel pour comprendre les phénomènes impliqués et/ou comme un sous-produit de l’interaction (lumière, matière) à maximiser (sources cathodiques d’électrons) ou à minimiser (claquage dans les cavités radiofréquence).
L’objectif principal du projet DIEEM est de répondre aux questions fondamentales liées à l’émission d’électrons par une surface matérielle soumise à un champ électrique intense. Ces questions seront abordées par une technique d’analyse de surface adaptée au sujet, dont le principe d’imagerie consiste en la collecte des électrons émis, quel que soit le processus physique impliqué (thermique, photoélectrique, émission de champ). Cette microscopie est la microscopie à photoémission d’électrons PEEM. La microscopie PEEM offre une approche multidimensionnelle (espace, énergie, temps). Elle fournit une image spatiale de la distribution des électrons émis avec une résolution inférieure à la longueur d’onde et donne ainsi accès aux variations locales du rendement d’émission à l’échelle mésoscopique. La microscopie PEEM permet l’établissement de courbes de distribution de l’énergie cinétique des électrons, une empreinte directe des mécanismes mis en jeu. Enfin, elle s’appuie sur des sources laser pulsées, lesquelles ouvrent un accès à la dynamique d’émission sur une échelle de temps ultracourte. Tous ces diagnostics contribueront à une meilleure compréhension des caractéristiques d’émission électronique de nouveaux matériaux et fourniront un retour d’information pour leur croissance et leur modélisation.
Les matériaux envisagés exploitent les propriétés singulières des nanotubes de carbone et/ou tirent parti de phénomènes plasmoniques dans des environnements confinés tels que ceux rencontrés dans les structures de type métal/isolant/métal MIM. L’influence des revêtements diélectriques sur la physique d’émission sera étudiée du point de vue du confinement du champ et/ou de l’amélioration de la résistance mécanique des surfaces émettrices. En droite ligne avec le thème de recherche, la physique du claquage optique dans les milieux diélectriques sera abordée. Ce dernier aspect représente un défi majeur pour les sondes électroniques, en raison de l’occurrence d’effets de charge préjudiciables au bon fonctionnement de l’instrument.
