[论文解读] Methods for an Electron Emission Digital Twin

Salvador Barranco Cárceles, Vahur Zadin+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2026

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques被引用 0

一句话总结

本文提出 MEEDiT，一个将热场电子发射模型与实验数据结合的框架，以实现对电子发射体的实时、物理一致性数字孪生，在硅发射体上进行演示。

ABSTRACT

The effective design and operation of electron emitters is the core of critical technologies such as high-resolution electron imaging and spectroscopy or X-ray production for medical imaging. Despite 100 years of theoretical development in thermo- and field-electron emission models, the analysis of experimental data and design of electron emitters remains an art more than a science. This is due to the many processes that are involved in electron emission, which result in an extremely complex phenomenon. Here we describe and develop the Methods for an Electron Emission Digital Twin (MEEDiT), which integrates state-of-the-art thermo-field electron emission models and experimental data characterisation. By applying MEEDiT to silicon electron emitters, we demonstrate an approach that bridges the gap between simple experimental measurements and 'hidden' physical quantities like temperature and field enhancement. MEEDiT provides the physical consistency of a 3D simulation with the speed of a neural network, enabling resource-effective, real-time characterization and the extraction of critical data that is otherwise inaccessible during operation.

研究动机与目标

• 弥合简单实验测量与电子发射中隐藏物理量之间的差距。
• 将最先进的热场发射模型与实验数据表征相结合。
• 提供一种快速、物理一致性的三维仿真能力，具备类神经网络速度，用于实时发射体分析。

提出的方法

• 将 MEEDiT 开发为电子发射的数字孪生
• 将热场电子发射模型与实验数据表征相结合
• 在硅发射体上演示该方法
• 实现三维仿真与观测数据之间的物理一致性
• 实现实时表征与对不可获取运行数据的提取

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将热场发射模型与实验数据结合，以揭示隐藏量如温度和场增强因子？
• RQ2 数字孪生能否在保持物理一致性的前提下提供实时、资源高效的发射体表征？
• RQ3 MEEDiT 可以提取出通过传统测量无法获得的关于硅发射体的哪些洞见？

主要发现

• MEEDiT 弥合了简单测量与隐藏物理量之间的差距。
• 该框架提供三维仿真的物理一致性，同时具备快速、类神经网络的性能。
• MEEDiT 能在运行中提取关键数据，否则无法获得。
• 将该方法应用于硅发射体，展示了方法的实用性和潜力。
• 该方法支持对电子发射过程的实时表征。