Вимірювання роботи виходу електронів методом Кельвіна
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
? одного кванта світла (фотона) витрачається на подолання барєру (виконання роботи виходу, відриву від матеріалу) і надання кінетичної енернії фотоелектрону.
Це дозволило йому записати закон збереження енергії для процесу - рівняння Ейнштейна для фотоефекту
(2.6)
де ? частота світла, h стала Планка, m маса електрона, v його швидкість, A робота виходу.
Тобто за червоною межою фотоефекту можна визначити роботу виходу.
2.3 Вимірювання роботи виходу електронів через контактну різницю потенціалів
Якщо два провідники А і В з істинними значеннями роботи виходу ?а і ?в при однакових температурах знаходяться в електричному контакті, то електрони тектимуть в одному напрямі, поки не буде досягнутий рівноважний стан, при якому рівні Фермі двох провідників стануть однаковими. Іншими словами, електрохімічні потенціали електронів в двох провідниках повинні стати рівними. Тоді потенціали у точках X і У поблизу поверхонь провідників А і В буде рівний:
,(2.7)
(2.8)
де - електрохімічний потенціал. Очевидно, що
(2.9)
Величина називається контактною різницею потенціалів (надалі КРП) між провідниками А і В і може бути позитивною, негативної або нулем. Якщо провідники знаходяться при різних температурах, то до правої частини рівняння (2.9) необхідно додати термоелектричну складову.
Припустимо тепер, що провідники А і В не знаходяться в безпосередньому контакті один з одним, а якимсь чином звязані між собою електрично і що потенціал введений в зовнішній ланцюг.
(2.10)
Тоді Рівняння (2.10) є основою для різних методів вимірювання КРП, які можна розділити на дві групи. В першій групі методів провідники А і В знаходяться в безпосередньому контакті, а потенціал , що прикладається, підбирається так, щоб різниця потенціалів приймала задане значення , яке може бути обчислене на основі інших експериментальних параметрів. В цих умовах і для визначення достатньо одного експерименту. В цій групі найважливішими є метод Кельвіна і метод статичного конденсатора. Іншими методами є магнетронный метод Оутлі, метод насиченого діода і метод пробою. В другій групі методів провідник А спочатку порівнюється з третім провідником С, для чого до А і С прикладається такий потенціал V1 щоб вимірювана величина (звичайно сила струму) стала рівною
деякому фіксованому значенню. Потім за тих же умов провідник А замінюється провідником В і таким же чином знаходиться потенціал V2. Тоді
Отже, для визначення необхідно поставити два експерименти. До цієї групи належать метод електронного пучка Андерсона, а також метод діода з обмеженим просторовим зарядом.
2.4 Вимірювання роботи виходу електронів методом динамічного конденсатора
Найближчим до способу, що заявляється, по технічній суті і результату, що досягається, є відомий і в даний час найвизнаніший спосіб визначення роботи виходу електрона шляхом вимірювання контактної різниці потенціалів (КРП). заснований на тому, що два металеві провідники А (досліджуваний провідник) і Б (провідник порівняння), розміщені у вакуумі, утворюють плоский конденсатор ємністю С. Через різну природу провідників А і Б між ними виникає різниця потенціалів і заряд Q, який за відсутності зовнішньої напруги рівний:
(2.11)
Якщо до провідників А і Б вміщенним у вакуум, через зовнішню систему управління прикласти різницю потенціалів , то тоді). Примусова (зовнішня) зміна ємності конденсатора системою управління на величину ?С (зміна відстані між провідниками) призводить до зміни його заряду на величину ?Q:
(2.12)
Фізична суть способу полягає в тому, що якщо системою контролю, управління і реєстрації електричних і інших технічних характеристик провідників А і Б, створюючих конденсатор і замкнутих через зовнішній ланцюг, підібрати величину так, щоб зник потік заряду при примусовій зміні його місткості, тобто, щоб ?Q стало рівним нулю, то тоді = .
Контроль зміни ?С проводять при періодичному механічному коливанні однієї з пластин конденсатора щодо іншої. При цьому потік зарядів ?Q приймає форму змінного струму, який детектує і посилюється.
Підібрану експериментально вищевикладеним способом величину прийнято називати контактною різницею потенціалів провідників А і Б, яка при помноженні на заряд електрона чисельно (в [эВ]) відображає різницю робіт виходу електрона у вакуум провідників А і Б. Точность методу - 0.001эВ.
До основних недоліків цього способу визначення роботи виходу електрона у вакуум можна віднести:
- достатню складність экспериментальной установки і тривалість технологічного циклу робіт, витікаючі з вимоги розміщення провідників А і Б в робочому обємі з достатньо глибоким вакуумом;
- практичну неможливість позбавлення від адсорбції деяких газів і пари води на поверхню досліджуваного провідника, яка може призводити іноді до різких змін величин робіт виходу електрона для одного і того ж металу, що достатньо переконливо показане в довіднику;
- виникнення так званого ефекту (потік зарядів ?Q приймає форму змінного струму) дробу поблизу нуля змінного струму, що детектує і усилюваного в експерименті, прояв якого накладає обмеження на точність вимірювання величини контактної різниці потенціалів провідників, а значить і на величину роботи виходу електрона у вакуум конкретного провідника А, якщо наперед відома робота виходу електрона у вакуум для провід?/p>