Exponential modulation of Fowler–Nordheim emission by an external quasistatic optical field
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0046529Ключові слова:
field emission, Fowler–Nordheim tunneling, quasistatic regime, optical field modulation, local field enhancement, nanoscale emitters, ultrafast electron sourcesАнотація
Проаналізовано модуляцію польової емісії Фаулера–Нордгейма зовнішнім оптичним полем у квазістатичному режимі. Коли характерний час тунелювання електронів значно коротший за оптичний період, емісійний струм визначається миттєвим електричним полем на поверхні емітера, а не процесами поглинання фотонів. Через експоненціальну залежність тунелювання Фаулера–Нордгейма від амплітуди електричного поля навіть відносно слабке оптичне збурення може призвести до вираженої модуляції струму емісії. Цей ефект суттєво підсилюється на нанорозмірних емітерах завдяки геометричному підсиленню поля. Теоретичні оцінки показують, що реалістичні параметри можуть забезпечити глибину модуляції у кілька порядків. Запропонований механізм не ґрунтується на плазмонних резонансах або традиційних процесах фотоемісії і відкриває простий шлях до оптичного керування надшвидкими джерелами електронів та нанорозмірними вакуумними електронними пристроями.
Посилання
1. K. L. Jensen, Fundamentals of Electron Emission Physics, (Wiley, 2025).
2. R. H. Fowler, and L. Nordheim, “Electron emission in intense electric fields,” Proc. R. Soc. Lond. A 119, 173 (1928). https://doi.org/10.1098/rspa.1928.0091
3. R. G. Forbes, “Field emission: New theory for the derivation of emission area from a fowler–nordheim plot,” J. Vac. Sci. Technol. B 17, 526 (1999). https://doi.org/10.1116/1.590588
4. M. Schenk, M. Krüger, and P. Hommelhoff, “Strong-field above-threshold photoemission from sharp metal tips,” Phys. Rev. Lett. 105, 257601 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.257601
5. M. Krüger, M. Schenk, and P. Hommelhoff, “Attosecond control of electrons emitted from a nanoscale metal tip,” Nature 475, 78 (2011). https://doi.org/10.1038/nature10196
6. S. Zherebtsov, T. Fennel, J. Plenge, E. Antonsson, I. Znakovskaya, A. Wirth, O. Herrwerth, F. Süßmann, C. Peltz, I. Ahmad, S. A. Trushin, V. Pervak, S. Karsch, M. J. J. Vrakking, B. Langer, C. Graf, M. I. Stockman, F. Krausz, E. Rühl, and M. F, Kling, “Controlled near-field enhanced electron acceleration from dielectric nanospheres with intense few-cycle laser fields,” Nat. Phys. 7, 656 (2011). https://doi.org/10.1038/nphys1983
7. S. V. Yalunin, M. Gulde, and C. Ropers, “Strong-field photoemission from surfaces: Theoretical approaches,” Phys. Rev. B 84, 195426 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.195426
8. S. Meier, J. Heimerl, and P. Hommelhoff, “Correlations in strong-field-emitted ultrashort electron pulses from metal needle tips,” Laser Phys. Lett. 21, 045301 (2024). https://doi.org/10.1088/1612-202X/ad2b5a
9. L. V. Keldysh, “Ionization in the field of a strong electromagnetic wave,” Sov. Phys. JETP 20, 1307 (1965).
10. R. G. Forbes, “Physics of generalized fowler–nordheim-type equations,” J. Vac. Sci. Technol. B 26, 788 (2008). https://doi.org/10.1116/1.2827505
11. J. E. Bonard, J. M. Kind, T. Stöckli, and L.-O. Nilsson, “Field emission from carbon nanotubes: The first five years,” Solid State Electron. 45(6), 893 (2001). https://doi.org/10.1016/S0038-1101(00)00213-6
12. R. G. Forbes, C. J. Edgcombe, and U. Valdrè, “Some comments on models for field enhancement,” Ultramicroscopy 95, 57 (2003). https://doi.org/10.1016/S0304-3991(02)00297-8
13. M. More, D. S. Joag, and R. G. Forbes, Field electron emission from nanomaterials, in: Encyclopedia of Nanotechnology (Springer, 2016), p. 1169.
14. M. F. Ciappina, J. A. Pérez-Hernández, A. S. Landsman, W. A. Okell, S. Zherebtsov, B. Förg, J. Schötz, L. Seiffert, T. Fennel, T. Shaaran, T. Zimmermann, A. Chacón, R. Guichard, A. Zaïr, J. W. G. Tisch, J. P. Marangos, T. Witting, A. Braun, and S. A. Maier, L. Roso, M. Krüger, P. Hommelhoff, M. F. Kling, F. Krausz and M. Lewenstein, “Attosecond physics at the nanoscale,” Rep. Progr. Phys. 80, 054401 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6633/aa574e
