Што е Шоткиев ефект?

Што е Шоткиев ефект?

Дефиниција на Шоткиев ефект

Шоткиевиот ефект е дефиниран како намалување на енергијата потребна за одузимање на електрони од површина на тврдо тело во вакуум кога се применува електричко поле. Ова подобрува излацирањето на електрони од загрети материјали и влијае на термioniцкиот строј, површинската ионизационска енергија и фотоелектричката граница. Именуван по Волтер Х. Шотки, овој ефект е важен за уреди за емисија на електрони како што се електронски пушки.

Термионаска емисија

За да разбереме Шоткиевиот ефект, прво треба да ги обезбедиме концептите на термионаската емисија и работната функција.

Термионаската емисија е емисија (ослободување) на носители на наелектрисана честичка (иони или електрони) од површина на материјал поради термалната енергија дадена на тој. Во тврд материал, обично има еден или два електрона за секој атом кои се слободни да се движат од еден атом до друг според теоријата на зоните. Овие електрони можат да избегнуваат од површината ако имаат доволно енергија за да надминат потенцијалната барикада која ги врзува со материјалот.

Работната функција е дефинирана како минимална енергија потребна за електрон да избегне од површина на материјал поради термална енергија. Варира според материјалот, неговата кристална структура, условите на површината и околината. Намалена работна функција резултира во повишена емисија на електрони.

Односот помеѓу густината на термioniцкиот строј J и температурата T на загрето метал е даден со Ричардсоновиот закон, кој математички е аналоген на Арениусовата равенка:

каде W е работната функција на метала, k е Болцманова константа, AG е производ на универзална константа A0 помножена со корекционен фактор λR кој типички е од ред 0.5.

Улога на електричкото поле

Сега можеме да објасниме како електричкото поле влијае на термионаската емисија и предизвикува Шоткиев ефект.

Примената на електричко поле на загрет материјал намалува потенцијалната барикада, што дозволува повеќе електрони да избегнуваат. Ова намалува работната функција за количина ΔW, што ја зголемува термioniцкиот строј. Намалувањето на барикадата ΔW се пресметува со:

Модифицираната Ричардсонова равенка која го враќа ова намалување на барикадата е:

Модифицираната Ричардсонова равенка која го враќа ова намалување на барикадата е:

Оваа равенка опишува Шоткиевиот ефект или полето-подобрена термионаска емисија, која се случува кога се применува модерно електричко поле (ниж од околу 108 V/m) на загрет материјал.

Емисија на поле

Кога се применува многу силно електричко поле (над 108 V/m) на загрет материјал, се случува различен тип емисија на електрони наречен емисија на поле или Фаулер-Нордхайм тунелирање.

Во овој случај, електричкото поле е толку силно што создава многу танка потенцијална барикада која дозволува на електроните да тунелираат низ неа без да имаат доволно термална енергија. Овој тип емисија или тунелирање е независен од температурата и зависи само од силата на електричкото поле.

Комбинираниот ефект на полето-подобрена термионаска и емисија на поле може да се моделира со Мурфи-Гудовата равенка за термо-поле (T-F) емисија. При уште повисока поле, емисијата на поле станува доминантен механизам за емисија на електрони, и емитерот функционира во режимот наречен „cold field electron emission (CFE)”.

Апликации

Шоткиевиот ефект се користи во уреди како електронски микроскопи, вакуумски цеви, гасни лампи, солнечни клетки и во нанотехнологијата.

Збирка

Шоткиевиот ефект е феномен во физиката кој намалува енергијата потребна за одузимање на електрони од површина на тврдо тело во вакуум кога се применува електричко поле на површината. Тоа го зголемува излацирањето на електрони од површината на загрет материјал и влијае на термioniцкиот строј, површинската ионизационска енергија и фотоелектричката граница.

Шоткиевиот ефект се случува кога модерно електричко поле намалува потенцијалната барикада која пречи на електроните да избегнуваат од површината, што намалува работната функција и зголемува термioniцкиот строј. Односот помеѓу густината на термioniцкиот строј, температурата, работната функција и силата на електричкото поле може да се опише со модифицирана Ричардсонова равенка.