Робота виходу
Робо́та ви́ходу — найменша кількість енергії, яку необхідно надати електрону для того, щоб вивести його з твердого тіла у вакуум. Робота виходу є характеристикою речовини.
Робота виходу дорівнює різниці значень енергій рівня вакууму і рівня Фермі , тобто мінімальна енергія, яку необхідно надати електрону для його «безпосереднього» видалення з обсягу твердого тіла, зазвичай металу або напівпровідника:
Тут «безпосередність» означає те, що електрон видаляється з твердого тіла через дану поверхню і переміщається в точку, яка розташована достатньо далеко від поверхні за атомними масштабами, щоб електрон пройшов весь подвійний шар, але достатньо близько, порівняно з розмірами макроскопічних граней кристала.
Як і будь-яку іншу енергетичну характеристику роботу виходу можна вимірювати в джоулях, але на практиці здебільшого її вимірюють в електронвольтах (еВ).
Типові величини роботи виходу лежать у діапазоні 3-5 еВ.
Можливі позначення: тощо.
Суть явища[ред. | ред. код]
Від'ємно заряджені електрони притягаються до додатно заряджених ядер атомів. У твердих тілах, зокрема металах, частина електронів відносно вільна — не зв'язана із конкретними атомами. Проте ці електрони зв'язані із загальною структурою металу. Для виходу за межі твердого тіла електрон повинен подолати силу притягання додатно зарядженої кристалічної ґратки. Тому для виходу з твердого тіла електрон повинен мати певну характерну для даного твердого тіла енергію. Цю енергію він може набути різними способами: випадково внаслідок теплового руху (термоелектронна емісія, поглинаючи квант світла (фотоефект), в зовнішньому електричному полі. Величина цієї мінімально необхідної енергії отримала назву роботи виходу.
Робота виходу є важливою характеристикою металів, яка визначає, чи може такий метал бути гарним електродом. Лужні метали мають найменші роботи виходу, проте їхнє використання обмежене низькою стійкістю щодо корозії.
Визначення та коментар[ред. | ред. код]
Роботу виходу знаходять як де енергія рівня вакууму береться на невеликій відстані від місця виходу електрона зі зразка, хоча й значно більшій, ніж стала кристалічної ґратки.
При віддаленні електрона від поверхні його взаємодія з зарядами, що залишаються всередині твердого тіла, призводить до індукування поверхневих зарядів (у електростатиці для розрахунку взаємодії застосовують «метод зображення заряду»). Віддалення електрона на нескінченність відбувається в полі індукованого поверхневого заряду на що потрібна додаткова робота, яка залежить від діелектричної проникності речовини, геометрії зразка і властивостей усіх його поверхонь.
При знаходженні величини віддалення від конкретної грані вважається невеликим, і ця додаткова робота не враховується. виявляється різною для різних кристалографічних площин поверхні речовини. На відміну від робота з переміщення електрона далі в нескінченність не залежить від того, через яку площину видалено електрон, зважаючи потенціальність електростатичного поля.
Робота виходу у фотоефекті[ред. | ред. код]
Робота виходу в зовнішньому фотоефекті — мінімальна енергія фотонів, необхідна для видалення електрона з речовини під дією світла при .
Робота виходу з різних металів[ред. | ред. код]
Одиницею вимірювання роботи в SI є джоуль, але у фізиці твердого тіла прийнято використовувати електронвольт (еВ). Діапазони зміни роботи виходу для типових кристалографічних площин наведено в таблиці[1][2]:
Елемент | еВ | Елемент | еВ | Елемент | еВ | Елемент | еВ | Елемент | еВ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ag: | 4,52 — 4,74 | Al: | 4,06 — 4,26 | As: | 3,75 | Au: | 5,1 — 5,47 | B: | ~4,45 |
Ba: | 2,52 — 2,7 | Be: | 4,98 | Bi: | 4,31 | C: | ~5 | Ca: | 2,87 |
Cd: | 4,08 | Ce: | 2,9 | Co: | 5 | Cr: | 4,5 | Cs: | 2,14 |
Cu: | 4,53 — 5,10 | Eu: | 2,5 | Fe: | 4,67 — 4,81 | Ga: | 4,32 | Gd: | 2,90 |
Hf: | 3,9 | Hg: | 4,475 | In: | 4,09 | Ir: | 5,00 — 5,67 | K: | 2,29 |
La: | 3,5 | Li: | 2,93 | Lu: | ~3,3 | Mg: | 3,66 | Mn: | 4,1 |
Mo: | 4,36 — 4,95 | Na: | 2,36 | Nb: | 3,95 — 4,87 | Nd: | 3,2 | Ni: | 5,04 — 5,35 |
Os: | 5,93 | Pb: | 4,25 | Pd: | 5,22 — 5,6 | Pt: | 5,12 — 5,93 | Rb: | 2,261 |
Re: | 4,72 | Rh: | 4,98 | Ru: | 4,71 | Sb: | 4,55 — 4,7 | Sc: | 3,5 |
Se: | 5,9 | Si: | 4,60 — 4,85 | Sm: | 2,7 | Sn: | 4,42 | Sr: | ~2,59 |
Ta: | 4,00 — 4,80 | Tb: | 3,00 | Te: | 4,95 | Th: | 3,4 | Ti: | 4,33 |
Tl: | ~3,84 | U: | 3,63 — 3,90 | V: | 4,3 | W: | 4,32 — 5,22 | Y: | 3,1 |
Yb: | 2,60[3] | Zn: | 3,63 — 4,9 | Zr: | 4,05 |
Робота виходу для напівпровідника[ред. | ред. код]

Для напівпровідників робота виходу визначається так само, як і для металів (і дані для деяких власних напівпровідників включено в таблицю).
На практиці напівпровідник зазвичай легований і величина залежить від типу і концентрації легувальних домішок. Рівень за сильного легування донорами міститься біля краю зони провідності , а за сильного легування акцепторами — поблизу краю валентної зони (відповідно, варіації становлять близько ширини забороненої зони ).
Універсальнішою величиною, замість для напівпровідників є енергія спорідненості до електрона, рівна Наприклад, для кремнію спорідненість становить 4,05 еВ, а робота виходу приблизно від 4,0 до 5,2 еВ (для власного матеріалу близько 4,6 еВ).
Див. також[ред. | ред. код]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ Робота виходу може залежати від грані монокристала або від грані, що переважає на поверхні текстури металу. Наприклад, Ag: 4,26; Ag(100): 4,64; Ag(110): 4,52; Ag(111): 4,74.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th edition (2016—2017), розділ 12, стор 123.
- ↑ Nikolic, M. V.; Radic, S. M.; Minic, V.; Ristic, M. M. The dependence of the work function of rare earth metals on their electron structure // Microelectronics Journal : journal. — 1996. — Vol. 27, no. 1 (2). — P. 93—96. — ISSN 0026-2692. — DOI: . Процитовано 2009-09-22.[недоступне посилання з жовтня 2019]
Література[ред. | ред. код]
- Solid State Physics, by Ashcroft and Mermin. Thomson Learning, Inc, 1976
|
![]() |
Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |
![]() | В іншому мовному розділі є повніша стаття Work function (англ.). Ви можете допомогти, розширивши поточну статтю за допомоги перекладу з англійської.
|