一句话：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。

　　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。

　　在爱因斯坦研究其量子理论而获得诺贝尔奖一个世纪后，光电发射已经发展成为探测材料化学和电子特性的首选方法。目前研究的重点主要集中在光电子的分析上。相比之下，二次光电子的光谱结构，受到物理学和材料科学界的关注要少得多。光电阴极是一种利用光电效应将光子转化为电子的材料，是许多依赖于光探测或电子束产生的现代技术的关键基础。然而，目前存在的光电阴极是基于传统的金属和半导体，这些金属和半导体大多是60年前发现的，具有良好的理论基础。这一成熟领域的进展仅限于基于复杂材料工程的光电阴极性能的改进。

　　西湖大学何睿华博士与美国东北大学Arun Bansil教授联合报道了通过简单真空退火制备的SrTiO3（100）单晶2×1重构表面的不同寻常的光电发射特性，这超出了现有的理论框架。与其他正电子亲和（PEA）光电阴极不同，PEA SrTiO3表面在室温下产生离散的二次光电发射谱，这是高效负电子亲和光电阴极材料的特征。在低温下，光电发射峰显著增强，在非阈值激发时获得的电子束显示出纵向和横向相干性，这至少打破了已知记录的数量级。在二次光电发射谱（SPS）中观察到的相干性的出现，表明当前理论光电发射框架上的一种潜在新过程。因此，SrTiO3是一类全新的光电阴极量子材料的首个例子，为需要强相干电子束而不需要单色激发、电子滤波或束加速的应用开辟了新的前景。相关评论指出：这一发现可能会导致光阴极技术发生范式转变，该技术长期以来一直受困于（电子枪）电子束不能同时具有高相干性和高束流强度的矛盾，这个矛盾的根源就在于初始电子束的本征非相干性。相关研究成果以“Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide”为题发表在Nature 617, 493 (2023)。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05900-4

　　

图1 当TA=1100℃时，在5 K温度下测得的二次光发射光谱SPS特性。