Что значит "работа выхода"

работа, которую необходимо затратить для удаления электрона из конденсированного вещества в вакуум. Измеряется разностью между минимальной энергией электрона в вакууме и Ферми-энергией электронов внутри тела. Зависит от состояния поверхности проводника.

энергия, затрачиваемая на удаление электрона из твёрдого тела или жидкости в вакуум. Переход электрона из вакуума в конденсированную среду сопровождается выделением энергии, равной Р. в. Следовательно, Р. в. является мерой связи электрона с конденсированной средой; чем меньше Р. в., тем легче происходит эмиссия электронов. Поэтому, например, плотность тока термоэлектронной эмиссии или автоэлектронной эмиссии (см. Туннельная эмиссия ) экспоненциально зависит от Р. в.

Р. в. наиболее полно изучена для проводников, особенно для металлов . Она зависит от кристаллографической структуры поверхности. Чем плотнее «упакована» грань кристалла, тем выше Р. в. j. Например, для чистого вольфрама j = 4,3 эв для граней {116} и 5,35 эв для граней {110}. Для металлов возрастание (усреднённых по граням) j приблизительно соответствует возрастанию потенциала ионизации. Наименьшие Р. в. (2 эв) свойственны щелочным металлам (Cs, Rb, К), а наибольшие (5,5 эв) ≈ металлам группы Pt.

Р. в. чувствительна к дефектам структуры поверхности. Наличие на плотноупакованной грани собственных неупорядоченно расположенных атомов уменьшает j. Ещё более резко j зависит от поверхностных примесей: электроотрицательные примеси (кислород, галогены, металлы с j, большей, чем j подложки) обычно повышают j, а электроположительные ≈ понижают. Для большинства электроположительных примесей (Cs на W, Tn на W, Ba на W) наблюдается снижение Р. в., которая достигает при некоторой оптимальной концентрации примесей noпт минимального значения, более низкого, чем j основного металла; при n » 2noпт Р. в. становится близкой к j металла покрытия и далее не изменяется (см. рис.). Величине noпт соответствует упорядоченный, согласованный со структурой подложки слой атомов примеси, как правило, с заполнением всех вакантных мест; а величине 2noпт ≈ плотный моноатомный слой (согласование со структурой подложки нарушено). Т. о., Р. в. по крайней мере для материалов с металлической электропроводностью определяется свойствами их поверхности.

Электронная теория металлов рассматривает Р. в. как работу, необходимую для удаления электрона с Ферми уровня в вакуум. Современная теория не позволяет пока точно вычислить j для заданных структур и поверхностей. Основные сведения о значениях j даёт эксперимент. Для определения j используют эмиссионные или контактные явления (см. Контактная разность потенциалов ).

Знание Р. в. существенно при конструировании электровакуумных приборов , где используется эмиссия электронов или ионов, а также в таких, например, устройствах, как термоэлектронные преобразователи энергии.

Лит.: Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Зандберг Э. Я., Ионов Н. И., Поверхностная ионизация, М., 1969.

В. Н. Шредник.

Работа выхода — разница между минимальной энергией (обычно измеряемой в электрон-вольтах ), которую необходимо сообщить электрону для его «непосредственного» удаления из объёма твёрдого тела , и энергией Ферми . Здесь «непосредственность» означает то, что электрон удаляется из твёрдого тела через данную поверхность и перемещается в точку, которая расположена достаточно далеко от поверхности по атомным масштабам (чтобы электрон прошёл весь двойной слой ), но достаточно близко по сравнению с размерами макроскопических граней кристалла. При этом пренебрегают дополнительной работой, которую необходимо затратить на преодоление внешних полей, возникающих из-за перераспределения поверхностных зарядов. Таким образом, работа выхода для одного и того же вещества для различных кристаллографических ориентаций поверхности оказывается различной.

При удалении электрона на бесконечность его взаимодействие с зарядами, остающимися внутри твёрдого тела приводит к индуцированию макроскопических поверхностных зарядов (при рассмотрении полубесконечного образца в электростатике это называют « изображением заряда »). При перемещении электрона в поле индуцированного заряда совершается дополнительная работа, которая определяется диэлектрической проницаемостью вещества, геометрией образца и свойствами других поверхностей. За счет этого полная работа по перемещению электрона из любой точки образца в любую другую точку не зависит от пути перемещения, то есть от того, через какую поверхность был удален электрон. Поэтому в физике твёрдого тела эта работа не учитывается и не входит в работу выхода.