在*自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：12274353、11874053）等資助下，西湖大學(xué)理學(xué)何睿華教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了首例具有本征相干性的光陰極量子材料，其性能遠(yuǎn)目前已知的所有光陰極材料，突破了現(xiàn)有理論框架，為下一代光陰極的基礎(chǔ)理論、研發(fā)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。研究成果以“一種鈣鈦礦氧化物的反常高強(qiáng)度相干二次光電子發(fā)射（Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide）”為題，于2023年5月18日在《自然》（Nature）期刊正式發(fā)表。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s40-4。   光陰極是一種能夠利用光電效應(yīng)將入射光子轉(zhuǎn)化為出射電子的電極。它是當(dāng)代粒子加速器、自由電子激光、高分辨快電子顯微鏡等前沿技術(shù)的核心元件。早在六十多年前，大部分現(xiàn)有的光陰極材料（傳統(tǒng)金屬或半導(dǎo)體）已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，它們的光電性能也可以被當(dāng)時(shí)已建立的光電發(fā)射理論*解釋。長(zhǎng)久以來(lái)，光陰極領(lǐng)域的發(fā)展緩慢，科學(xué)家們主要依靠材料工程技術(shù)來(lái)改善基于既有材料所制作的光陰極的性能。然而，這些光陰極所產(chǎn)生的電子束都存在著“相干性”差（電子發(fā)射的方向不一致和能量不均一）的內(nèi)秉缺陷，由此要獲得*科技應(yīng)用所需的高相干性電子束，就必須犧牲光陰極的發(fā)射效率。這個(gè)限制因素極大地制約了光陰極電子源亮度的提升空間，使之日益難以滿足相關(guān)前沿技術(shù)升級(jí)換代的要求。因此，找到具有高相干性的*光陰極材料將有助于打破當(dāng)前的困局。   近年來(lái)，具有復(fù)雜多變的性質(zhì)和豐富多樣功能的量子材料已成為物理和材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，此前科學(xué)家們從未考慮過將這類*材料應(yīng)用于光陰極。在本工作中，何睿華教授團(tuán)隊(duì)突破了光陰極領(lǐng)域的常規(guī)研究對(duì)象（具有多晶表面的材料）和常規(guī)研究手段（光電流探測(cè)），采用角分辨光電子能譜（ARPES）技術(shù)探索了具有*簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的量子材料SrTiO3單晶的光陰極特性。與量子材料領(lǐng)域的常規(guī)ARPES測(cè)量不同，團(tuán)隊(duì)采用了非常規(guī)ARPES配置以測(cè)量光電子能譜中跟材料的光陰極性能相關(guān)的低動(dòng)能區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有2×1重構(gòu)的SrTiO3單晶表面所發(fā)射的光電子束，其相干性遠(yuǎn)高于已知的光陰性材料。研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)SrTiO3單晶表現(xiàn)出的優(yōu)異光陰極性能來(lái)源于其表面奇特的光電發(fā)射機(jī)制——自發(fā)相干二次光電子發(fā)射，該特性不能被已知的光電發(fā)射理論所解釋。   本工作不僅首次發(fā)現(xiàn)了一種具有本征相干性的*光陰極材料，更為重要的是，它對(duì)未來(lái)探索性能優(yōu)異的光陰極材料開辟了新視角，有望推動(dòng)該領(lǐng)域研究范式的變革。此外，該發(fā)現(xiàn)本身也清楚地表明在目前光電發(fā)射理論框架之外可能存在一種未知的物理過程，有望增進(jìn)人們對(duì)光電發(fā)射物理的理解，進(jìn)一步完善其理論框架。