Kio estas la Ŝottkia efekto?
Kio estas la Ŝottkia efekto?
Difino de la Ŝottkia efekto
La Ŝottkia efekto estas difinita kiel malpliiĝo de la energio bezonata por forigi elektronojn el solida surfaco en vakuo kiam aplikiĝas elektra kampo. Tio plibonigas la elektronan elflugon el varmitaj materialoj kaj influas la termionikan kuranton, surfacan jonigaĵenergion, kaj fotoelektran limvalenton. Nominita post Walter H. Schottky, tiu efekto estas grava por elektronemisiloj kiel elektronrajfoj.
Termionika emiso
Por kompreni la Ŝottkian efekton, ni unue devas revizii la konceptojn de termionika emiso kaj laborfunkcio.
Termionika emiso estas la emiso (elsendi) de ŝarĝokarantoj (jonoj aŭ elektronoj) el la surfaco de materialo pro termika energio donita al ĝi. En solida materialo, estas kutime unu aŭ du elektronoj por ĉiu atomo, kiuj estas libera moviĝi de atomo al atomo laŭ zonoteorio. Ĉi tiuj elektronoj povas ekfugi el la surfaco se ili havas sufiĉan energion por superi la potencialan barieron, kiu ligas ilin al la materialo.
La laborfunkcio estas difinita kiel la minimuma energio bezonata por elektrono fariĝi libera el la surfaco de materialo pro termika energio. Ĝi varias laŭ la materialo, ĝia kristalstrukturo, surfaca stato, kaj medio. Pli malalta laborfunkcio rezultas en pli alta elektrona emiso.
La rilato inter la termionika emisa kurantdenseco J kaj la temperaturo T de varmita metalo estas donita per la leĝo de Richardson, kiu matematike similas al la ekvacio de Arrhenius:
kie W estas la laborfunkcio de la metalo, k estas la Boltzman-konstanto, AG estas la produto de universala konstanto A0 multiplikita per materialspecifa korektfaktoro λR, kiu estas tipe de ordo 0.5.
Rolo de la elektra kampo
Nun, ni povas klarigi, kiel la elektra kampo influas la termionikan emison kaj kaŭzas la Ŝottkian efekton.
Apliko de elektra kampo al varmita materialo malaltigas la potencialan barieron, permesante pli da elektronoj flii. Tio malpliiĝas la laborfunkcion je kvanto ΔW, plibonigante la termionikan kuranton. La malaltigo de la bariero ΔW estas kalkulata per:
La modifita ekvacio de Richardson, kiu prenas en konsideron ĉi tiun barieran malaltigon, estas:
La modifita ekvacio de Richardson, kiu prenas en konsideron ĉi tiun barieran malaltigon, estas:
Ĉi tiu ekvacio priskribas la Ŝottkian efekton aŭ kampon potenciitan termionikan emison, kiu okazas kiam moderata elektra kampo (pli malalta ol proksimume 108 V/m) estas aplikita al varmita materialo.
Kampeca emiso
Kiam tre forta elektra kampo (pli ol 108 V/m) estas aplikita al varmita materialo, okazas malsama elektrona emiso nomita kampeca emiso aŭ Fowler-Nordheim tunelado.
En ĉi tiu okazo, la elektra kampo estas tiom forta, ke ĝi kreitas tre mallarĝan potencialan barieron, kiu permesas al elektronoj tuneli tra ĝi sen havi sufiĉan termikan energion. Ĉi tiu tipo de emiso aŭ tunelado estas sendependa de la temperaturo kaj dependas nur de la forto de la elektra kampo.
La kombinitaj efektoj de kampece potenciita termionika kaj kampeca emiso povas esti modeligitaj per la ekvacio de Murphy-Good por termo-kampeca (T-K) emiso. Je eĉ pli fortaj kampos, kampeca emiso iĝas la dominanta elektrona emismekanismo, kaj la emisilo funkciadas en la tiel nomita “malvarma kampeca elektrona emiso (MKE)” regimo.
Aplikoj
La Ŝottkia efekto estas uzata en aparatoj kiel elektronmikroskopoj, vakuumtuboj, gazdisŝarglumoj, fotoceloj, kaj en nanoteknologio.
Resumo
La Ŝottkia efekto estas fenomeno en fiziko, kiu malpliiĝas la energion bezonatan por forigi elektronojn el solida surfaco en vakuo, kiam elektra kampo estas aplikita al la surfaco. Ĝi plibonigas la elflugon de elektronoj el la surfaco de varmita materialo kaj influas la termionikan kuranton, la surfacan jonigaĵenergion, kaj la fotoelektran limvalenton.
La Ŝottkia efekto okazas, kiam moderata elektra kampo malaltigas la potencialan barieron, kiu malpermesas al elektronoj flii el la surfaco, kio malpliiĝas la laborfunkcion kaj plibonigas la termionikan kuranton. La rilato inter la termionika kurantdenseco, temperaturo, laborfunkcio, kaj forto de la elektra kampo povas esti priskribita per modifita ekvacio de Richardson.
