Эмиссия электронов из металла

Эмиссия электронов может возникать при нагреве металлов (термоэлектронная эмиссия), при облучении металлов различными частицами, например фотонами (фотоэлектронная эмиссия), при приложении к металлу сильных электрических полей (автоэлектронная эмиссия) и т.д.

Работа выхода электронов из металла

Известно, что в металле имеются газ свободных электронов и положительно заряженные ионы, расположенные в узлах кристаллической решётки. Эти ионы создают внутри металла электрическое поле, потенциал которого φ периодически меняется вдоль прямой, проходящей через узлы решётки. Усредняя этот потенциал, будем считать, что всюду внутри металла он одинаков и равен φ_о .

а – внутренний потенциал φ

б – энергетические уровни электро-

нов в металле при Т = 0

Таким образом, свободный электрон, находящийся в металле, обладает потенциальной энергией U_o = - eφ_o

При переходе электрона из металла в вакуум его потенциальная энергия U становится равной нулю, т.е. металл является для электрона потенциальной ямой глубиной U_o.

Чтобы извлечь электрон из металла необходимо совершить работу выхода

А_в = U_o – E_F, где

E_F – уровень Ферми, определяемый кинетической энергией электронов даже при Т = 0.

16-2

Работа выхода – это наименьшая работа, которую необходимо совершить, чтобы удалить из металла электроны, находящиеся на уровне Ферми.

При T > 0 работу выхода определяют так же с помощью соотношения А_в = U_o – E_F.

Работа выхода является важной характеристикой поверхности металла и зависит от ее состояния, наличия примесей в поверхностном слое и ряда других факторов.

Для чистого вольфрама U_o = 13,45 эВ

E_F = 8,95 эВ

А_в = 4,5 эВ

Нанесение на поверхность вольврама тонкого слоя атомов цезия позволяет снизить работу выхода с 4,50 до 1,36 эВ.