Автоэлектронная эмиссия

Автоэлектронная эмиссия (полевая эмиссия, туннельная эмиссия) — это испускание электронов проводящими твёрдыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля без предварительного возбуждения этих электронов, то есть без дополнительных затрат энергии, что свойственно другим видам электронной эмиссии. Суть явления состоит в туннелировании электронов через потенциальный барьер вблизи поверхности тела. Явление становится возможным за счёт искривления потенциального барьера при изменении напряжённости внешнего поля. При этом появляется область пространства вне тела, в которой электрон может существовать с той же энергией, которой он обладает, находясь в теле. Таким образом, автоэлектронная эмиссия обусловлена волновыми свойствами электронов.

Впервые такое объяснение автоэмиссии было предложено в 1928 г. Фаулером и Нордгеймом. Ими впервые была получена формула, описывающая взаимосвязь плотности автоэлектронного тока j с напряжённостью электрического поля E. Формула Фаулера — Нордгейма справедлива при токах автоэлектронной эмиссии j≤10⁸ А/см². При более высоких плотностях функция j(E) почти не зависит от работы выхода металла. Причина этого эффекта — появление объёмного заряда вблизи эмиттера. Ток автоэлектронной эмиссии в этом случае определяется законом степени трёх вторых.

Во время автоэлектронной эмиссии катод разогревается из-за разницы между средней энергией электронов, подходящих к поверхности катода, и средней энергией электронов, уходящих сквозь потенциальный барьер. Данное явление называют эффектом Ноттингема.

Практическое применение

• Автоэмиссионная (полевая) микроскопия и связанные с ней области
• Автоэлектронная (полевая) спектроскопия (анализ энергии электронов)
• Автоэлектронные (полевые) эмиттеры для электронной пушки
• Эмиттеры с атомарным остриём

Формула Фаулера-Нордгейма

Формула

Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\displaystyle j = 6.2 \cdot 10^{-6} \frac{(ε_{0}/φ)^{1/2} \cdot E^{2}}{ε_{0}+φ} \exp \frac{-6.85 \cdot 10^{7} \varphi^{3/2}}{E} } ,

где j это плотность тока, E - напряженность электрического поля, $\varphi$ - работа выхода электрона из металла, Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\displaystyle ε_{0} } - уровен Ферми.

Литература

• Шредник В. Н. Автоэлектронная эмиссия // Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 21.