Fonction de travail

La fonction de travail de est l'énergie minimum (habituellement mesurée en volts d'électron a dû enlever un électron d'un solide sur un point immédiatement en dehors de la surface pleine (ou de l'énergie requise pour entrer un électron de la force de Fermi dans le vide). Ici " ; immediately" ; signifie que la position finale d'électron est loin de la surface sur l'échelle atomique mais toujours près du solide sur l'échelle macroscopique. La fonction de travail est une propriété importante des métaux. L'importance de la fonction de travail est habituellement environ une moitié de l'énergie d'ionisation d'un atome libre du métal.

Effet de fonction de travail et extérieur

Le du W de fonction de travail d'un métal est étroitement lié à son

\ epsilon_F de niveau de l'énergie de Fermi \ ;

pourtant les deux quantités ne sont pas exactement identiques. C'est dû à l'effet extérieur d'un solide réel : un solide réel n'est pas infiniment prolongé avec des électrons et des ions remplissant à plusieurs reprises chaque cellule élémentaire au-dessus de tous les emplacements du trellis de Bravais . Ni l'un ni l'autre peut un simplement prendre ensemble de Bravais trellis emplacement

\ {R \} \ ;

à l'intérieur de géométrique région V que le solide occupe et puis remplissent sans distorsion charge distribution base dans tout cellule élémentaire de

\ {R \} \ ;

. En effet, la distribution de charge en ces cellules près de la surface sera tordue sensiblement de celle dans une cellule d'un solide infini idéal, ayant pour résultat une distribution extérieure efficace de dipöle, ou, parfois une distribution extérieure de dipöle et une distribution de charge extérieure.

Il peut montrer que si nous définissons la fonction de travail comme l'énergie minimum a dû enlever un électron sur un immédiatement de point hors du solide, l'effet de la distribution de charge extérieure peut être négligé, laissant seulement la distribution extérieure de dipöle. Laisser la différence d'énergie potentielle à travers la surface due au dipöle extérieur efficace pour être le $W_S \ ;$ . Et laisser le $\ epsilon_F \ ;$ soit l'énergie de Fermi calculée pour le solide fini sans considérer l'effet de déformation extérieure, en prenant à la convention cette le potentiel au $r \ rightarrow \ infty \ ;$ est zéro. Puis, la formule correcte pour la fonction de travail est :

$W = - \ epsilon_F +W_S \ ;$

Là où $\ epsilon_F \ ;$ est négatif, ainsi il signifie que des électrons sont liés dans le solide.

Exemple

Par exemple, le césium a l'eV de l'énergie d'ionisation 3.9 et l'eV de la fonction de travail 1.

Fonction de travail photoélectrique

La fonction de travail est l'énergie minimum qui doit être donnée à un électron pour le libérer de la surface d'un métal particulier. Dans l'effet photoélectrique si un photon avec de l'énergie plus grande que la fonction de travail est l'incident sur une émission photoélectrique en métal se produit. N'importe quelle énergie excessive est donnée à l'électron comme énergie cinétique.

La fonction de travail photoélectrique est
$\ phi=hf_0$ , là où h est le constant et le f₀ du Planck de est la fréquence minimum (de seuil) du photon exigé pour produire l'émission photoélectrique. Quand un électron gagne l'énergie, il saute d'une force à l'autre dans le " ; leaps" de quantum ;. Ce processus s'appelle excitation d'un électron, et les niveaux de plus haute énergie s'appellent le " ; states" excited ; tandis que le niveau inférieur s'appelle le " ; state" au sol ;.

Fonction de travail thermoïonique

La fonction de travail est également importante dans la théorie de l'émission thermoïonique . Ici l'électron gagne son énergie de la chaleur plutôt que des photons. Dans ce cas-ci, comme un électron s'échappant du filament negatively-charged heated d'un de tube électronique, la fonction de travail peut être réclamée la fonction de travail thermoïonique. Le tungstène est un métal très commun pour les éléments de tube électronique, avec une fonction de travail de l'eV approximativement 4.

L'émission thermoïonique exige d'un courant de chauffage de filament (i_f), de maintenir une température de K. Un état de saturation du courant de filament est atteint, où une modification mineure dans le courant de filament n'affecte pas le courant de faisceau. Le canon électronique est alors actionné avec le courant de filament très près du potentiel de surmonter la fonction de travail (w) (Goldstein, 2003) La fonction de travail thermoïonique dépend de l'orientation du cristal et tendra à être plus petite pour des métaux avec un trellis ouvert, plus grand pour les métaux en lesquels les atomes sont étroitement emballés. La gamme est au sujet de 1. Il est légèrement plus haut sur les visages en cristal denses que les ouverts.

Applications

Dans l'électronique la fonction de travail est importante pour la conception du métal - jonction de du semi-conducteur dans des diodes de Schottky de et pour la conception des tubes à vide

Mesure

Beaucoup de techniques ont été développées ont basé sur différents effets physiques pour mesurer la fonction de travail électronique d'un échantillon. On peut distinguer deux groupes de méthodes expérimentales pour des mesures de fonction de travail : absolu et parent.

Les méthodes du premier groupe utilisent l'émission d'électrons de l'échantillon induit par absorption de photon (photoémission), par la température (émission thermoïonique), due à un champ électrique (émission de champ ), ou à employer l'électron de perçant un tunnel .

Toutes les méthodes relatives se servent de la différence potentielle de contact entre l'échantillon et une électrode de référence. Expérimentalement, ou un courant d'anode d'une diode est employé ou le courant de déplacement entre l'échantillon et la référence, créés par un changement artificiel de la capacité entre les deux, est mesuré (la méthode de sonde de Kelvin de , le microscope de force de sonde de Kelvin de ).

Méthodes basées sur la photoémission

La spectroscopie d'émission de photoélectron (PES) est la limite générale pour des techniques spectroscopiques du basées sur l'effet photoélectrique externe. Dans le cas de la spectroscopie ultra-violette de photoélectron (UPS), la surface d'un échantillon plein est irradiée avec la lumière (UV) ultra-violette du et l'énergie cinétique des électrons émis est analysée. Car la lumière UV est le rayonnement électromagnétique avec un

h d'énergie \ nu

plus humblement l'eV que 100 il peut extraire principalement les électrons de valence de . En raison des limitations de la profondeur d'évasion des électrons dans l'UPS de solides est très tensio-sensible, car la profondeur de l'information est dans la gamme de 2 - 20 couches unitaires (1-10nm). Le spectre en résultant reflète la structure électronique de l'échantillon fournissant des informations sur la densité des états, le métier des états, et la fonction de travail.

Méthodes basées sur l'émission thermoïonique

La méthode de retard de la diode est une de la méthode la plus simple et la plus ancienne de mesurer des fonctions de travail. Elle est basée sur l'émission thermoïonique des électrons d'un émetteur . La densité de courant

J

des électrons rassemblés par l'échantillon dépend du

de fonction de travail \ phi

de l'échantillon et est donnée par le

J d'équation de Richardson-Dushman = l'e^ d'A T^2 {- \ phi/kT}

où

A

, la constante de Richardson, est une constante matérielle spécifique. La densité de courant augmente rapidement avec la température et diminue exponentiellement avec la fonction de travail. Des changements de la fonction de travail peuvent être facilement déterminés en appliquant un potentiel de retard

V

entre l'échantillon et l'émetteur d'électron ; le

\ phi

est remplacé par le

e (\ Phi+V)

dedans au-dessus d'équation. La différence dans le potentiel de retard mesuré au courant constant est équivalente au changement de fonction de travail, supposant que la fonction de travail et la température de l'émetteur est constante.

On peut employer l'équation de Richardson-Dushman directement pour déterminer la fonction de travail par la variation de la température de l'échantillon, aussi bien. Le réarrangement de l'équation rapporte le $ln (J/T^2) = ln (A) - \ phi/kT$ . La ligne produite par la traçage du $ln (J/T^2)$ contre $1/T$ aura une pente du $- \ phi/k$ laissant déterminer la fonction de travail de l'échantillon.

Voir également

Affinité d'électron . Voir la cathode de NEA pour application à la matière condensée.

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