शॉट्की प्रभाव क्या है?

शॉट्की प्रभाव क्या है?

शॉट्की प्रभाव की परिभाषा

शॉट्की प्रभाव की परिभाषा एक विद्युत क्षेत्र के लगाने पर एक ठोस सतह से इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा में कमी के रूप में दी जाती है। यह गर्म वस्तुओं से इलेक्ट्रॉनों के निर्गम को बढ़ाता है और थर्मायोनिक धारा, सतह आयनन ऊर्जा और फोटोइलेक्ट्रिक सीमा पर प्रभाव डालता है। वाल्टर एच. शॉट्की के नाम पर रखा गया, यह प्रभाव इलेक्ट्रॉन गन जैसे इलेक्ट्रॉन निर्गम उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है।

थर्मायोनिक निर्गम

शॉट्की प्रभाव को समझने के लिए, हमें पहले थर्मायोनिक निर्गम और कार्य फलन की अवधारणाओं की समीक्षा करनी होगी।

थर्मायोनिक निर्गम एक सामग्री की सतह से चार्ज कैरियर (आयन या इलेक्ट्रॉन) का निर्गम (निकास) होता है, जो उसे दिए गए तापीय ऊर्जा के कारण होता है। एक ठोस सामग्री में, आमतौर पर प्रत्येक परमाणु के लिए एक या दो इलेक्ट्रॉन ऐसे होते हैं जो बैंड सिद्धांत के आधार पर एक परमाणु से दूसरे परमाणु तक स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। यदि इन इलेक्ट्रॉनों के पास सामग्री से उन्हें बांधने वाले संभावित बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा हो, तो वे सतह से भाग सकते हैं।

कार्य फलन की परिभाषा तापीय ऊर्जा के कारण एक इलेक्ट्रॉन को एक सामग्री की सतह से भागने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के रूप में दी जाती है। यह सामग्री, इसकी क्रिस्टल संरचना, सतह की स्थिति और पर्यावरण के आधार पर भिन्न होता है। एक कम कार्य फलन अधिक इलेक्ट्रॉन निर्गम का परिणाम होता है।

गर्मी से गर्म धातु की तापमान T और थर्मायोनिक निर्गम धारा घनत्व J के बीच संबंध रिचर्डसन के नियम द्वारा दिया जाता है, जो गणितीय रूप से अरेनियस समीकरण के समान है:

जहाँ W धातु का कार्य फलन है, k बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, AG एक सार्वभौमिक स्थिरांक A0 और एक सामग्री-विशिष्ट संशोधन गुणांक λR के गुणनफल है, जो आमतौर पर 0.5 के क्रम का होता है।

विद्युत क्षेत्र की भूमिका

अब, हम यह समझ सकते हैं कि विद्युत क्षेत्र थर्मायोनिक निर्गम को कैसे प्रभावित करता है और शॉट्की प्रभाव का कारण बनता है।

गर्म सामग्री पर विद्युत क्षेत्र को लगाने से संभावित बाधा कम हो जाती है, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन सतह से भाग सकते हैं। यह कार्य फलन में ΔW की मात्रा में कमी करता है, जिससे थर्मायोनिक धारा बढ़ती है। बाधा कमी ΔW की गणना इस प्रकार की जाती है:

इस बाधा कमी को ध्यान में रखने वाला संशोधित रिचर्डसन समीकरण इस प्रकार है:

इस बाधा कमी को ध्यान में रखने वाला संशोधित रिचर्डसन समीकरण इस प्रकार है:

यह समीकरण शॉट्की प्रभाव या क्षेत्र-सुधारित थर्मायोनिक निर्गम का वर्णन करता है, जो तब होता है जब एक मध्यम विद्युत क्षेत्र (लगभग 108 V/m से कम) गर्म सामग्री पर लगाया जाता है।

क्षेत्र निर्गम

जब एक बहुत उच्च विद्युत क्षेत्र (108 V/m से अधिक) गर्म सामग्री पर लगाया जाता है, तो एक अलग प्रकार का इलेक्ट्रॉन निर्गम होता है, जिसे क्षेत्र निर्गम या फोलर-नोर्डहाइम टनलिंग कहा जाता है।

इस मामले में, विद्युत क्षेत्र इतना मजबूत होता है कि यह एक बहुत पतली संभावित बाधा बनाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन उसके माध्यम से टनलिंग कर सकते हैं बिना कि उनके पास पर्याप्त तापीय ऊर्जा हो। यह प्रकार का निर्गम या टनलिंग तापमान से स्वतंत्र होता है और केवल विद्युत क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है।

क्षेत्र-सुधारित थर्मायोनिक और क्षेत्र निर्गम के संयुक्त प्रभावों को थर्मो-फील्ड (T-F) निर्गम के लिए मर्फी-गुड समीकरण द्वारा मॉडलिंग किया जा सकता है। और भी उच्च क्षेत्रों पर, क्षेत्र निर्गम इलेक्ट्रॉन निर्गम का प्रमुख मैकेनिज्म बन जाता है, और निर्गमक "सिकुड़ा हुआ क्षेत्र इलेक्ट्रॉन निर्गम (CFE)" रीजिम में संचालित होता है।

अनुप्रयोग

शॉट्की प्रभाव इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, वैक्यूम ट्यूब, गैस डिस्चार्ज लैंप, सौर सेल और नैनोटेक्नोलॉजी जैसे उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

सारांश

शॉट्की प्रभाव भौतिकी का एक घटना है जो विद्युत क्षेत्र के लगाने पर एक ठोस सतह से इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा में कमी करता है। यह गर्म सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों के निर्गम को बढ़ाता है और थर्मायोनिक धारा, सतह आयनन ऊर्जा और फोटोइलेक्ट्रिक सीमा पर प्रभाव डालता है।

शॉट्की प्रभाव तब होता है जब एक मध्यम विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को सतह से भागने से रोकने वाली संभावित बाधा को कम करता है, जिससे कार्य फलन कम हो जाता है और थर्मायोनिक धारा बढ़ जाती है। थर्मायोनिक धारा घनत्व, तापमान, कार्य फलन और विद्युत क्षेत्र की ताकत के बीच संबंध को एक संशोधित रिचर्डसन समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है।