Ինչ է Շոտկի երևույթը

Ինչ է Շոտկի էֆեկտը?

Շոտկի էֆեկտի սահմանումը

Շոտկի էֆեկտը սահմանվում է որպես էլեկտրոնների հանելու անհրաժեշտ էներգիայի կրճատում պինդ մակերևույթից վակուումում, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ։ Սա բարձրացնում է էլեկտրոնների թողումը ալաքված նյութերից և ազդում է թերմիոնային հոսանքի, մակերևույթի իոնացման էներգիայի և ֆոտոէլեկտրիկ սահմանի վրա։ Այս էֆեկտը կոչվում է Վալտեր Հ. Շոտկի անունով և կրտսեր է էլեկտրոնային թողումի սարքերի համար, ինչպիսիք են էլեկտրոնային ակնարկները։

Թերմիոնային թողում

Շոտկի էֆեկտը հասկանալու համար սկզբունց պետք է նայենք թերմիոնային թողումին և աշխատանքային ֆունկցիայի գաղափարներին։

Թերմիոնային թողումը նյութի մակերևույթից լիցքավորված մասնիկների (իոնների կամ էլեկտրոնների) թողումն է (ազատումը), որը պայմանավորվում է նյութին տրված ջերմային էներգիայով։ Պինդ նյութում սովորաբար կա մի կամ երկու էլեկտրոն, որոնք ազատ են շարժվել ատոմից ատոմի վրա ըստ հատուկ տեսության։ Այս էլեկտրոնները կարող են դուրս գալ մակերևույթից, եթե դրանք ունեն բավարար էներգիա գերազանցելու պոտենցիալ արագացումը, որը դրանց կցում է նյութին։

Աշխատանքային ֆունկցիան սահմանվում է որպես նյութի մակերևույթից էլեկտրոնը դուրս բերելու նվազագույն էներգիա, որը պայմանավորվում է ջերմային էներգիայով։ Այն փոփոխվում է նյութի, դրա կրիստալային կառուցվածքի, մակերևույթի վիճակի և շրջապայքի համար։ Ավելի ցածր աշխատանքային ֆունկցիան հանգեցնում է ավելի բարձր էլեկտրոնային թողումին։

Ալաքված մետաղի թերմիոնային թողումի հոսանքի խտության J և ջերմաստիճանի T հարաբերությունը տրվում է Ռիչարդսոնի օրենքով, որը մաթեմատիկորեն նման է Արրենիուսի հավասարմանը:

որտեղ W-ն մետաղի աշխատանքային ֆունկցիան է, k-ն Բոլցմանի հաստատունն է, AG-ն ընդհանուր հաստատուն A0-ն է բազմապատկված նյութային հատուկ կոռեկցիոն գործակցով λR-ով, որը սովորաբար է կարգի 0.5-ի։

Էլեկտրական դաշտի դերը

Այժմ կարող ենք բացատրել, թե ինչպես էլեկտրական դաշտը ազդում է թերմիոնային թողումի վրա և ինչպես ստեղծում է Շոտկի էֆեկտը։

Էլեկտրական դաշտի կիրառումը ալաքված նյութին նվազում է պոտենցիալ արագացումը, որը հնարավորություն է տալիս ավելի շատ էլեկտրոնների դուրս գալը։ Սա նվազում է աշխատանքային ֆունկցիան ΔW չափով, որը բարձրացնում է թերմիոնային հոսանքը։ Բարձրացնող արագացման նվազումը ΔW հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.

Այս բարձրացնող արագացման հաշվի առնող Ռիչարդսոնի մոդիֆիցացված հավասարումը է.

Այս բարձրացնող արագացման հաշվի առնող Ռիչարդսոնի մոդիֆիցացված հավասարումը է.

Այս հավասարումը նկարագրում է Շոտկի էֆեկտը կամ դաշտով բարձրացված թերմիոնային թողումը, որը տեղի է ունենում, երբ միջին էլեկտրական դաշտ (ավելի ցածր քան մոտ 10^8 V/m) կիրառվում է ալաքված նյութին։

Դաշտային թողում

Երբ շատ բարձր էլեկտրական դաշտ (ավելի բարձր քան 10^8 V/m) կիրառվում է ալաքված նյութին, տեղի է ունենում այլ տեսակի էլեկտրոնային թողում, որը կոչվում է դաշտային թողում կամ Ֆուլեր-Նորդհայմի թունելային երևույթ։

Այս դեպքում էլեկտրական դաշտը շատ հզոր է և ստեղծում է շատ բարձր պոտենցիալ արագացում, որը հնարավորություն է տալիս էլեկտրոնների թունելային հոսել առանց բավարար ջերմային էներգիայի։ Այս տեսակի թողումը կախված չէ ջերմաստիճանից և կախված է միայն էլեկտրական դաշտի ուժից։

Դաշտային թողումի և դաշտով բարձրացված թերմիոնային թողումի համատեղ էֆեկտները կարող են մոդելավորվել Մուրֆի-Գուդի հավասարումով թերմոդինամիկ դաշտային (T-F) թողումի համար։ Շատ բարձր դաշտերի դեպքում դաշտային թողումը դառնում է նախորոշ էլեկտրոնային թողումի մեխանիզմը, և էմիտերը գործում է այսպես կոչված "ցուրտ դաշտային էլեկտրոնային թողում (CFE)" ռեժիմով։

Կիրառություններ

Շոտկի էֆեկտը կիրառվում է սարքերում, ինչպիսիք են էլեկտրոնային միկրոսկոպները, վակուումային լամպերը, գազային թողումները, արևակայան բատարիաները և նանոտեխնոլոգիայում։

Ընդհանուր պատկեր

Շոտկի էֆեկտը ֆիզիկայի երևույթ է, որը նվազում է էլեկտրոնների հանելու անհրաժեշտ էներգիան պինդ մակերևույթից վակուումում, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ մակերևույթին։ Սա բարձրացնում է էլեկտրոնների թողումը ալաքված նյութի մակերևույթից և ազդում է թերմիոնային հոսանքի, մակերևույթի իոնացման էներգիայի և ֆոտոէլեկտրիկ սահմանի վրա։

Շոտկի էֆեկտը տեղի է ունենում, երբ միջին էլեկտրական դաշտը նվազում է պոտենցիալ արագացումը, որը անհանգստացնում է էլեկտրոնները դուրս գալ մակերևույթից, որը նվազում է աշխատանքային ֆունկցիան և բարձրացնում է թերմիոնային հոսանքը։ Թերմիոնային հոսանքի խտության և ջերմաստիճանի, աշխատանքային ֆունկցիայի և էլեկտրական դաշտի ուժի հարաբերությունը կարող է նկարագրվել Ռիչարդսոնի մոդիֆիցացված հավասարմամբ։