首页 >
功函数
✍ dations ◷ 2025-10-20 07:02:10 #功函数
功函数(又称功函、逸出功,英语:Work function)是指要使一粒电子立即从固体表面中逸出,所必须提供的最小能量(通常以电子伏特为单位)。这里“立即”一词表示最终电子位置从原子尺度上远离表面但从宏观尺度上依然靠近固体。功函数不是材料体相的本征性质,更准确的说法应为材料表面的性质(比如表面暴露晶面情况和受污染程度)功函数是金属的重要属性。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。金属的功函数W与它的费米能级
ϵ
F
{displaystyle epsilon _{F};}
密切相关但两者并不相等。这是因为真实世界中的固体具有表面效应:真实世界的固体并不是电子和离子的无限延伸重复排满整个布拉维格子的每一个原胞。没有任何一者能仅仅位于一系列布拉维格点
{
R
}
{displaystyle {R};}
在固体占据且充满了非扭曲电荷分布基
{
R
}
{displaystyle {R};}
至所有原胞的几何区域V。的确,那些原胞中靠近表面的电荷分布将会与理想无限固体相比被显著的扭曲,导致一个有效表面偶极子分布,或者,有些时候同时有表面偶极子分布和表面电荷分布。能够证明如果我们定义功函数为把电子从固体中立即移出到一点所需的最小能量,但是表面电荷分布的效应能够忽略,仅仅留下表面偶极子分布。如果定义带来表面两端势能差的有效表面偶极子为
W
S
{displaystyle W_{S};}
。且定义从不考虑表面扭曲效应的有限固体计算出的
ϵ
F
{displaystyle epsilon _{F};}
为费米能,当按惯例位于
r
→
∞
{displaystyle rrightarrow infty ;}
的势为零。那么,正确的功函数公式为:W
=
−
ϵ
F
+
W
S
{displaystyle W=-epsilon _{F}+W_{S};}其中
ϵ
F
{displaystyle epsilon _{F};}
是负的,表明电子在固体中为负极。W
=
−
E
t
o
t
(
N
+
1
)
+
{
E
t
o
t
(
N
)
+
V
(
∞
)
}
=
−
∂
E
t
o
t
∂
N
+
V
(
∞
)
=
−
μ
+
V
(
∞
)
{displaystyle W=-E_{tot}(N+1)+{E_{tot}(N)+V(infty )}=-{partial E_{tot} over {partial N}}+V(infty )=-mu +V(infty )}单位:电子伏特,eV功函数是从某种金属释放电子所必须给予的最小能量。在光电效应中如果一个拥有能量比功函数大的光子被照射到金属上,则光电发射将会发生。任何超出的能量将以动能形式给予电子。光电功函数为其中h是普朗克常数而f0是能产生光电发射光子的最小(阈值)频率。当电子获得能量时,它从一个能级以“量子跃迁”的方式跳到另一个能级。这一过程称为电子的激发或者跃迁,其中较高能级称为“激发态”而最低能级称作“基态”。功函数在热发射理论中也同等重要。这里电子从热而非光子中获得能量。在这种情况下,即电子从加热的充满负电的真空管灯丝逃逸的情况下,功函数可被称作热功函。钨是真空管中常见的金属元素,它的功函数大约是4.5eV。热发射要求有灯丝加热电流(if),来保持2000-2700K的温度。一旦达到灯丝电流的饱和态,则灯丝电流的大小改变不再影响电子束电流。 电子枪被提供一个非常靠近克服功函数(W)所需势的灯丝电流(Goldstein, 2003)。热功函取决于晶体取向而且趋向于对开放晶格的金属更小,对于原子紧密堆积的金属更大。范围大概是1.5–6 eV。某种程度上稠密晶面比开放晶格金属更高。在电子学里功函数对设计肖特基二极管或发光二极管中金属-半导体结以及真空管非常重要.很多基于不同物理效应的技术被发展出来来测量样品的电学功函数。可以区分出两类功函数测量的试验方法:绝对测量和相对测量。第一类方法利用样品由光吸收(光发射)所引发的电子发射,通过高温(热发射)、或者电场(场发射),以及使用电子隧穿效应。所有相对测量方法利用了样品与参照电极的接触势差。实验上,是使用二极管的阴极电流或者样品与参照物的间由人工改变的两者间电容导致的位移电流等方法(开尔文探测、开尔文探测力显微镜)来测量的。光电发射光谱学(PES)是基于外光电效应的光谱学技术术语。对于紫外光电子光谱学(UPS),固体样品的表面被用紫外(UV)光激发然后发射电子的动能得到分析。因为紫外光是能量
h
ν
{displaystyle hnu }
低于100eV的电磁辐射,它能够只抓出价电子。因为固体中电子逃逸深度的限制紫外光电子光谱对表面非常敏感,为信息深度的范围为2 – 3个单层。同时测量原理限制了光电发射光谱学被用于UHV情形。得到的光谱通过提供态密度、占据态及功函数等信息反应了样品电子结构。推迟二极管方法是最简单和最古老的的测量功函数的方法之一。它是源自发射器电子的热发射。收集到样品的电子电流密度
J
{displaystyle J}
取决于样品的功函数
ϕ
{displaystyle phi }
且可通过 Richardson–Dushman方程
J
=
A
T
2
e
−
ϕ
/
k
T
{displaystyle J=AT^{2}e^{-phi /kT}}
计算,其中
A
{displaystyle A}
,Richardson常数,是具体的材料常数。电流密度随温度迅速增长而随功函数指数下降。改变功函数可以简单通过在样品与电子发射器之间施加一个推迟势
V
{displaystyle V}
来决定;上述方程中
ϕ
{displaystyle phi }
被
e
(
Φ
+
V
)
{displaystyle e(Phi +V)}
取代。在恒定电流下测到的推迟势差与功函数的改变相等,假设发射器的功函数与温度不变。也可以使用Richardson–Dushman方程通过样品的温度改变直接决定功函数。重写方程得
l
n
(
J
/
T
2
)
=
l
n
(
A
)
−
ϕ
k
T
{displaystyle ln(J/T^{2})=ln(A)-phi kT}
。描绘
l
n
(
J
/
T
2
)
{displaystyle ln(J/T^{2})}
和
1
/
T
{displaystyle 1/T}
得到的曲线的斜率
−
ϕ
/
k
{displaystyle -phi /k}
允许决定样品的功函数。书类:对元素功函值的快速查询:
相关
- 致敏原过敏原(英语:allergen,又称为变应原、过敏物、致敏原、致敏物)是指能引起过敏的物质。严格地说,过敏原是一种能促进在特应性个体发生I型超敏反应的非寄生抗原。尘螨的排泄物、花
- 窒息窒息(英语:asphyxia)在医学上,是人体严重缺氧的一个状况。它的成因很多,严重可导致死亡。在急救上的定义为“气道遭外来物件阻塞而无法呼吸”。在法医学上则指因缺氧而死亡,窒息是
- 打针注射(英文:Injection)俗称打针,是一种利用注射器与针头穿过皮肤,并将液体送入身体内的方法。是一种给药途径,注射所预期的作用位置,不一定是受注射的位置。目前有多种不同的注射方
- 形成层形成层是一个植物组织层,提供未分化细胞给植物生长。有几种不同种类的形成层被发现在植物的茎和根中:
- 私酒私酒是指非法生产(通常在自家酿造)的高酒精度的蒸馏酒。在美国主要是由玉米糊作为主要生产原料。为避免被发现所以蒸馏通常在夜间进行,所以美国也用“月光”(英语:Moonshine)一词
- 维希政权维希法国(法语:Régime de Vichy),正式国名为法兰西国(法语:État français),是第二次世界大战期间纳粹德国控制下的法国政府;它也被称为维希政权、维希政府,简称“维希”。1940年6月
- Clsub2/subOsub4/sub高氯酸氯是分子式为Cl2O4的无机化合物。这种氯氧化物是不对称的,一个氯原子氧化态为+1而另一个为+7,准确的化学式应为ClOClO3。它可以用436nm的紫外线在室温下照射二氧化氯来
- 代谢综合征代谢综合征(metabolic syndrome)指生理代谢层面的心血管危险因子的聚集现象,这些危险因子主要包括高血压(或血压偏高但未达高血压诊断标准)、血脂异常(dyslipidemia)(包含血中三酸甘
- 东甲坐标:2°16′N 102°33′E / 2.267°N 102.550°E / 2.267; 102.550东甲是一个位于马来西亚柔佛州东甲县的市镇,也是该县的县府。人口约五万两千人。东甲以其布庄生意而闻名,并
- 搜索在人工智能中,搜索问题一般包括两个重要的问题:按是否使用启发式信息分按问题的表示方式分宽度优先搜索算法是沿着树的宽度遍历树的节点,如果发现目标,则算法中止。属于盲目搜索