Новая жизнь фотокатода
Привычный прибор ночного видения позволил новосибирским физикам создать первые в мире источник спин-поляризованных электронов на основе фотокатода и спиновый триод, а также уникальные фотоприёмники для отечественного космического проекта «Спектр-УФ».
Современная полупроводниковая электроника, в середине XX века пришедшая на смену вакуумным электронным лампам, привела к огромным достижениям и дала нам массу возможностей. Однако уже достаточно давно стало понятно, что её прогресс не бесконечен. Рано или поздно, а точнее уже скоро, она подойдёт к своему пределу. Но что придёт ей на смену? В 1980-х годах появились полупроводниковые устройства с вакуумным зазором вместо диэлектриков. Это даже породило выражение «Back to the Future» («назад в будущее»). Примерно в то же время родилась и спинтроника, активно развиваемая последние 30 лет (см. статью: А. Понятов «Спин: ориентация в будущее»,«Наука и жизнь» № 4, 2016 г. — Прим. ред.). Дело в том, что электрон помимо таких интуитивно понятных характеристик, как масса и заряд, обладает спином — собственным магнитным моментом. Одна из основных задач спинтроники — научиться управлять электронами через их спин. Расчёты показывают, что это должно быть значительно менее энергозатратно и гораздо быстрее, чем в традиционной полупроводниковой электронике, основанной на управлении зарядом. Наша научная группа сумела объединить эти два подхода и начала развивать новое направление, которое назвали вакуумной спинтроникой. А оттолкнулись мы от уже привычного фотокатода, основного элемента, например, такого устройства, как прибор ночного видения.
Работа многих фотоэлектронных приборов связана с фотоэффектом — хорошо известном из школьного курса физики физическом явлении, объяснённом Эйнштейном, за что он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1921 году. Внешний фотоэффект состоит в том, что фотоны вырывают с поверхности металла или полупроводника электроны, и таким образом те становятся свободными. Почти вся физика приборов, о которых мы будем говорить, основана на этом эффекте для полупроводников. В случае вакуумных приборов электроны из фотокатода выбрасываются в окружающий вакуум.