शॉट्की प्रभाव क्या है?

स्कोट्की प्रभाव क्या है?

स्कोट्की प्रभाव की परिभाषा

स्कोट्की प्रभाव की परिभाषा इस प्रकार है कि जब एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो एक ठोस सतह से विद्युत कणों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा में कमी आती है। यह गर्म सामग्रियों से इलेक्ट्रॉनों के निसर्ग को बढ़ाता है और थर्मियोनिक धारा, सतह आयनन ऊर्जा, और फोटोइलेक्ट्रिक थ्रेशहोल्ड पर प्रभाव डालता है। वाल्टर एच. स्कोट्की के नाम पर नामित, यह प्रभाव इलेक्ट्रॉन गन जैसे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है।

थर्मियोनिक उत्सर्जन

स्कोट्की प्रभाव को समझने के लिए, हमें पहले थर्मियोनिक उत्सर्जन और कार्य फलन की अवधारणाओं की समीक्षा करनी होगी।

थर्मियोनिक उत्सर्जन एक सामग्री की सतह से चार्ज के वाहक (आयन या इलेक्ट्रॉन) का उत्सर्जन (निर्गम) 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 चलने में स्वतंत्र होते हैं। यदि इन इलेक्ट्रॉनों के पास सामग्री के साथ बंधन को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है, तो वे सतह से भाग सकते हैं।

कार्य फलन की परिभाषा यह है कि एक इलेक्ट्रॉन को तापीय ऊर्जा के कारण एक सामग्री की सतह से निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा। यह सामग्री, इसकी क्रिस्टल संरचना, सतह की स्थिति, और पर्यावरण पर निर्भर करता है। निम्न कार्य फलन अधिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का परिणाम होता है।

गर्म किए गए धातु के तापमान T और थर्मियोनिक उत्सर्जन धारा घनत्व J के बीच का संबंध रिचर्डसन के नियम द्वारा दिया जाता है, जो गणितीय रूप से अर्रेनियस समीकरण के समान है:

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

विद्युत क्षेत्र की भूमिका

अब, हम विद्युत क्षेत्र की थर्मियोनिक उत्सर्जन पर प्रभाव और स्कोट्की प्रभाव के कारण को समझ सकते हैं।

गर्म सामग्री पर विद्युत क्षेत्र लगाने से विभव बाधा कम हो जाती है, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन सतह से भाग सकते हैं। यह कार्य फलन में ΔW की मात्रा कमी करता है, जिससे थर्मियोनिक 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 स्कोट्की प्रभाव या क्षेत्र-प्रवर्धित थर्मियोनिक उत्सर्जन 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 उत्सर्जन

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

इस मामले में, विद्युत क्षेत्र इतना मजबूत होता है कि यह एक बहुत पतली विभव बाधा बनाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन उसके माध्यम से टनेलिंग कर सकते हैं बिना तापीय ऊर्जा के पर्याप्त होने के। यह प्रकार का उत्सर्जन या टनेलिंग तापमान पर निर्भर नहीं करता और केवल विद्युत क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है।

क्षेत्र-प्रवर्धित थर्मियोनिक और क्षेत्र उत्सर्जन के संयुक्त प्रभावों को मर्फी-गुड समीकरण द्वारा थर्मो-फील्ड (T-F) उत्सर्जन के लिए मॉडलिंग किया जा सकता है। और भी उच्च क्षेत्रों पर, क्षेत्र उत्सर्जन इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का प्रमुख मैकेनिज्म बन जाता है, और उत्सर्जक "सिर्फ कोल्ड फील्ड इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन (CFE)" रेजिम में संचालित होता है।

उपयोग

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

सारांश

स्कोट्की प्रभाव एक भौतिकी का घटना है जो विद्युत क्षेत्र लगाने पर एक ठोस सतह से इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करता है। यह गर्म सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन को बढ़ाता है और थर्मियोनिक धारा, सतह आयनन ऊर्जा, और फोटोइलेक्ट्रिक थ्रेशहोल्ड पर प्रभाव डालता है।

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