В Новосибирске создали высокоэффективный источник спин-поляризованных электронов

Степень поляризации частиц увеличилась до 50%.

Физики из России разработали новый стабильный источник спин-поляризованных электронов на базе соединений щелочных металлов и сурьмы, превосходящий аналоги по времени жизни, квантовой эффективности и уровню поляризации частиц. Этот прибор в перспективе поможет повысить эффективность работы ускорителей высоких энергий, сообщила в понедельник пресс-служба Института физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН).

«Мультищелочные катоды обещают быть менее требовательными к вакуумным условиям, к присутствию в остаточном газе нежелательных примесей. Если говорить о потенциальном использовании нового источника на «Супер чарм-тау» фабрике, нас вдохновляет большая величина квантового выхода мультищелочного фотокатода — до 15%. Это примерно на порядок выше, чем у гетероструктур на основе арсенида галлия», — прокомментировал открытие научный сотрудник ИФП СО РАН (Новосибирск) Иван Кооп, чьи слова приводит пресс-служба института.

При этом Иван Кооп отметил, что для использования в ускорителях частиц новым источникам поляризованных электронов, разработанных его коллегами по институту, необходимо достичь более высокого показателя по другому важному параметру — повысить степень поляризации частиц с текущих 50% до 60% и выше. Достижение этой отметки позволит использовать новые приборы в качестве одного из компонентов строящегося в Сарове ускорителя «Супер чарм-тау» фабрика.

Новый источник поляризованных электронов был разработан группой физиков под руководством заведующего лабораторией ИФП СО РАН Олега Терещенко. В его создании приняли участие не только коллеги Олега Терещенко по институту, но и специалисты ЗАО «Экран-ФЭП», Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», Новосибирского государственного университета, Томского государственного университета, Института физики прочности и материаловедения СО РАН.

Новый источник поляризованных электронов

Этот прибор — миниатюрный набор из катодов на базе соединений щелочных металлов и сурьмы, способный испускать в окружающее пространство поток из электронов, чей спин «закручен» преимущественно в одну сторону. Подобные источники носителей заряда особенно интересны не только для разработчиков спиновой электроники, но и для создателей ускорителей частиц, нацеленных на поиски новых физических принципов, которые выходят за пределы Стандартной модели.

«Мы установили, что полупроводниковое соединение щелочных металлов и сурьмы, так называемый мультищелочной фотокатод, представляет собой хороший источник спин-поляризованных электронов. Мультищелочные фотокатоды изучались с 1930-х годов: они используются в фотоэлектронных умножителях, приборах ночного видения, а также в качестве источников электронов в ускорителях. Но никто не выяснял их потенциал как источника именно спин-поляризованных электронов», — пояснил Олег Терещенко, чьи слова приводит пресс-служба ИФП СО РАН.

Первые опыты, проведенные российскими учеными с прототипами подобных источников частиц, подтвердили их гипотезу. Их разработка оказалась примерно на порядок более эффективной, чем применяемые на практике аналоги на базе соединений мышьяка и галлия. При этом она была более долговечной и способной испускать сильно поляризованные электроны.

Пока этот показатель достигает 50%, однако, по словам Олега Терещенко, проведенные физиками эксперименты уже указали на возможность повышения степени поляризации частиц до фактически 100% уровня в результате модификации структуры полупроводника. Это расширит перспективы его практического применения — можно будет использовать для получения потоков не только поляризованных электронов, но и позитронов, положительно заряженных частиц антиматерии, подытожили исследователи.