光束驅動的尾跡場加速方法是未來大型機器的有希望的候選方法，包括x射線自由電子鐳射器和線性對撞機，因為它們有提高效率和降低執行成本的潛力。

驅動這種效率提高的關鍵因素之一是操縱電子束的時間分佈。在過去的幾十年裡，研究人員已經研究了許多不同的機制，成功地產生了不同質量和不同限制條件下的臨時形狀的電子束。

“這就好像透過應用這些磁場，我們可以把磚牆變成幹牆——穿過它要容易得多。”——阿貢加速器物理學家邵家航

在美國能源部Argonne和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一項新研究中，科學家們使用一種被稱為場發射的現象來探索利用微小的鑽石尖端陣列來產生他們希望的橫向形狀的電子束。然後將光束送入發射度交換光束線，將橫向分佈轉換為時域分佈。

場發射的原理是，根據機率定律，減小電子偶爾能穿越的量子勢壘。這項研究的作者之一，Argonne加速器物理學家邵家航說:“這就好像透過應用這些磁場，我們可以把磚牆變成幹牆——穿過它要容易得多。”

其他產生電子的方法包括熱離子陰極(使用熱燈絲——類似於白熾燈使用的燈絲——從固體中發射電子)和光電陰極(使用超短鐳射脈衝釋放電子)。

據Shao介紹，場發射陰極的優勢在於，它們既不需要熱源，也不需要昂貴的鐳射裝置。“無論何時，我們都在使用電場來加速電子，”邵說。“一開始，用它們來生產它們並不會更不方便。”

為了成功地使用場發射技術，研究人員需要在陰極表面直接施加一個非常強的集中電場。為此，他們製作了一種金剛石薄膜，其中包含一個邊長約為10微米的金剛石金字塔，頂部的尖端為奈米級，它們排列成一個一毫米的等邊三角形。

實驗研究是在阿貢韋克菲爾德加速器裝置的阿貢陰極試驗檯(ACT)束線上進行的。“透過場發射產生橫向形狀的波束是專案的第一步，我們正在探索不同的發射器幾何形狀以及(射頻)射頻槍操作引數，”Shao說。

據Argonne加速器科學家manel Conde(該研究的另一位作者)說，研究人員試圖透過使用這些鑽石場發射陣列來平衡兩個獨立但相互競爭的現象。科學家們需要產生儘可能高的電流，讓電子離開材料;然而，他們想要減輕電子之間的驅逐力，在發射和運輸過程中保持三角形的形狀。