世界首例！ 西湖大学实验室发现首个光阴极量子材料

西湖大学实验室发现首个光阴极量子材料。图为摄影师镜头下，首例具有本征相干性的光阴极量子材料：钛酸锶。（观察者网）

观察者网10日报导，大陆微信公众号「西湖大学WestlakeUniversity」9日消息，近期西湖大学理学院何睿华课题组连同研究合作者一起，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。

相关论文〈Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide〉3月8日已提前线上发表于《自然》（Nature）期刊。西湖大学博士研究生洪彩云、邹文俊和冉鹏旭为共同第一作者，西湖大学理学院长聘副教授何睿华为通讯作者。全部实验和理论工作都在西湖大学完成。

1887年，德国物理学家赫兹在实验中意外发现，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，提出了对该现象的理论解释。这标志着量子力学大门的正式开启，因为这个贡献，爱因斯坦于1921年被授予诺贝尔物理学奖。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，正式进入了人类的视野。

报导称，科学探索常常在意外中触碰出新的火花。何睿华团队在「常见」的材料上获得新的发现，归功于一种强大的、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。

以往，由于大部分具有较高性能的传统光阴极材料其表面具有多晶或非晶结构，光阴极领域的主流研究方法依赖的主要是光电流探测，这个135年前已开始使用的实验手段。这也使得一大类新近发展出来的研究单晶量子材料的实验利器无用武之地，其中包括角分辨光电子能谱技术。

究其本质，角分辨光电子能谱技术这个技术的工作原理，就是光电效应。它被用于探测材料的电子结构，即了解电子如何在材料里运动。在过去的几十年里，角分辨光电子能谱技术主要用于研究跟材料的光学、电学和热学性质相关的那部分电子结构。受这种强烈的科学关注的驱使，现有大多数实验设施针对相关能量区域内的电子结构测量进行了相应的配置和优化。

谁能想到，这个运用了光电效应原理的技术，竟然能「以子之矛，攻子之盾」，挖掘出光电效应中新的物理——在实验中，西湖大学何睿华团队使用了这个源自光电效应的量子材料研究利器，出乎意料地捕捉到了单晶量子材料的独特光电发射特性。

通过对角分辨光电子能谱仪进行「非常规」配置，以实现对非常规能量区域内、与光电效应相关的电子结构测量，他们发现钛酸锶优越的光阴极性能来自于其独特的光电发射性质，而这些性质明显不同于所有已知的光阴极材料。可以说，它们几乎在每个主要方面都超出了已有光电发射理论的预期。