শট্টকি প্রভাব কী?

শট্টকি প্রভাব কী?

শট্টকি প্রভাবের সংজ্ঞা

শট্টকি প্রভাব হল এমন একটি ঘটনা, যেখানে একটি ঠান্ডা সুইচের উপর তড়িৎ ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হলে ইলেকট্রন বহির্ভূত করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি হ্রাস পায়। এটি গরম পদার্থ থেকে ইলেকট্রন বিসর্জন বৃদ্ধি করে এবং থার্মিওনিক স্রোত, পৃষ্ঠতল আয়নীকরণ শক্তি এবং ফটোইলেকট্রিক থ্রেশহোল্ডকে প্রভাবিত করে। এই প্রভাবটি ওয়াল্টার এইচ. শট্টকির নামে নামকরণ করা হয়েছে এবং এটি ইলেকট্রন গান সহ ইলেকট্রন বিসর্জন ডিভাইসগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

থার্মিওনিক বিসর্জন

শট্টকি প্রভাব বোঝার জন্য, আমাদের প্রথমে থার্মিওনিক বিসর্জন এবং কাজের ফাংশনের ধারণাগুলি পর্যালোচনা করতে হবে।

থার্মিওনিক বিসর্জন হল তাপ শক্তির কারণে একটি পদার্থের পৃষ্ঠতল থেকে চার্জ ক্যারিয়ার (আয়ন বা ইলেকট্রন) বিসর্জন (মুক্তি)। একটি ঠান্ডা পদার্থে, প্রতিটি পরমাণুর জন্য এক বা দুইটি ইলেকট্রন থাকে যারা ব্যান্ড তত্ত্ব অনুযায়ী একটি পরমাণু থেকে অন্য পরমাণুতে স্থানান্তরিত হতে পারে। এই ইলেকট্রনগুলি যদি পদার্থের সাথে তাদের বাঁধার পটেনশিয়াল বাধা অতিক্রম করার পর্যাপ্ত শক্তি পায়, তাহলে তারা পৃষ্ঠতল থেকে পালিয়ে যায়।

কাজের ফাংশন হল তাপ শক্তির কারণে একটি ইলেকট্রন একটি পদার্থের পৃষ্ঠতল থেকে বাঁচার জন্য প্রয়োজনীয় সর্বনিম্ন শক্তি। এটি পদার্থ, তার ক্রিস্টাল গঠন, পৃষ্ঠ অবস্থা এবং পরিবেশের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। কম কাজের ফাংশন বেশি ইলেকট্রন বিসর্জন উৎপাদন করে।

একটি গরম ধাতুর তাপমাত্রা T এবং থার্মিওনিক বিসর্জন স্রোত ঘনত্ব J-এর মধ্যে সম্পর্ক রিচার্ডসনের সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়, যা গাণিতিকভাবে আরেনিয়াস সমীকরণের সাথে সমতুল্য:

যেখানে W হল ধাতুর কাজের ফাংশন, k হল বোল্টজম্যান ধ্রুবক, AG হল একটি সার্বিক ধ্রুবক A0 এবং একটি পদার্থ-নির্ভর সংশোধন ফ্যাক্টর λR-এর গুণফল, যা সাধারণত 0.5 এর মাত্রায় থাকে।

তড়িৎ ক্ষেত্রের ভূমিকা

এখন, আমরা ব্যাখ্যা করতে পারি যে তড়িৎ ক্ষেত্র কিভাবে থার্মিওনিক বিসর্জনকে প্রভাবিত করে এবং শট্টকি প্রভাব ঘটায়।

একটি গরম পদার্থে তড়িৎ ক্ষেত্র প্রয়োগ করলে পটেনশিয়াল বাধা হ্রাস পায়, যার ফলে আরও ইলেকট্রন পালিয়ে যায়। এটি কাজের ফাংশন W-এর একটি পরিমাণ ΔW দ্বারা হ্রাস করে এবং থার্মিওনিক স্রোত বৃদ্ধি করে। বাধা হ্রাস ΔW নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা গণনা করা হয়:

এই বাধা হ্রাসকে বিবেচনায় নেওয়া মডিফিকেশন করা রিচার্ডসন সমীকরণ হল:

এই বাধা হ্রাসকে বিবেচনায় নেওয়া মডিফিকেশন করা রিচার্ডসন সমীকরণ হল:

এই সমীকরণটি শট্টকি প্রভাব বা ক্ষেত্র-প্রবর্ধিত থার্মিওনিক বিসর্জন বর্ণনা করে, যা একটি মাঝারি তড়িৎ ক্ষেত্র (প্রায় 108 V/m এর চেয়ে কম) একটি গরম পদার্থে প্রয়োগ করা হলে ঘটে।

ক্ষেত্র বিসর্জন

যখন একটি অত্যন্ত বেশি তড়িৎ ক্ষেত্র (108 V/m-এর চেয়ে বেশি) একটি গরম পদার্থে প্রয়োগ করা হয়, তখন একটি ভিন্ন ইলেকট্রন বিসর্জন ঘটে, যা ক্ষেত্র বিসর্জন বা ফোলার-নর্ডহাইম টানেলিং নামে পরিচিত।

এই ক্ষেত্রে, তড়িৎ ক্ষেত্র এত শক্তিশালী যে এটি একটি খুব পাতলা পটেনশিয়াল বাধা তৈরি করে, যা ইলেকট্রনদের পর্যাপ্ত তাপ শক্তি ছাড়াই টানেলিং করতে দেয়। এই ধরনের বিসর্জন বা টানেলিং তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে না এবং শুধুমাত্র তড়িৎ ক্ষেত্রের শক্তির উপর নির্ভর করে।

ক্ষেত্র-প্রবর্ধিত থার্মিওনিক এবং ক্ষেত্র বিসর্জনের সম্মিলিত প্রভাবগুলি মারফি-গুড সমীকরণ দ্বারা থার্মো-ফিল্ড (T-F) বিসর্জন মডেল করা যায়। আরও বেশি ক্ষেত্রে, ক্ষেত্র বিসর্জন প্রধান ইলেকট্রন বিসর্জন মেকানিজম হয় এবং এমিটার "কোল্ড ফিল্ড ইলেকট্রন বিসর্জন (CFE)" রেজিমে কাজ করে।

ব্যবহার

শট্টকি প্রভাব ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ, ভ্যাকুয়াম টিউব, গ্যাস ডিসচার্জ ল্যাম্প, সৌর কোষ এবং ন্যানোটেকনোলজিতে ব্যবহৃত হয়।

সারাংশ

শট্টকি প্রভাব হল এমন একটি পদার্থবিজ্ঞানের ঘটনা, যেখানে একটি ঠান্ডা সুইচের উপর তড়িৎ ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হলে ইলেকট্রন বহির্ভূত করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি হ্রাস পায়। এটি গরম পদার্থ থেকে ইলেকট্রন বিসর্জন বৃদ্ধি করে এবং থার্মিওনিক স্রোত, পৃষ্ঠতল আয়নীকরণ শক্তি এবং ফটোইলেকট্রিক থ্রেশহোল্ডকে প্রভাবিত করে।

শট্টকি প্রভাব ঘটে যখন একটি মাঝারি তড়িৎ ক্ষেত্র পটেনশিয়াল বাধা হ্রাস করে, যা ইলেকট্রনদের পৃষ্ঠতল থেকে পালিয়ে যাওয়ার পথ সুরক্ষিত করে, যা কাজের ফাংশন হ্রাস করে এবং থার্মিওনিক স্রোত বৃদ্ধি করে। থার্মিওনিক স্রোত ঘনত্ব, তাপমাত্রা, কাজের ফাংশন এবং তড়িৎ ক্ষেত্রের শক্তির মধ্যে সম্পর্ক একটি মডিফিকেশন করা রিচার্ডসন সমীকরণ দ্বারা বর্ণনা করা যায়।