Investigação teórica e experimental do efeito termiônico

Andrade, Nilson S. de; Andrade-Neto, A. V.; Lemaire, T.; Cruz, Joe

doi:10.1590/s1806-11172013000100008

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“…In a solid the discrete levels of the free atoms are broadening into bands. In metals the highest band containing electrons is called conduction band which is filled with electrons that originates from the atom's outermost orbitals [4]. In the Drude model, these electrons do not interact with each other and are scattered randomly by ionic cores, i.e., the con-duction electrons are considered as independent and quasi-free particles.…”

Section: Dielectric Function From the Drude Modelmentioning

confidence: 99%

Dielectric function for free electron gas: comparison between Drude and Lindhard models

Andrade-Neto

2016

Rev. Bras. Ensino Fís.

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The interaction between light and metals or heavily doped semiconductors is largely determined by their free conduction electrons. The frequency and wave vector dependent complex dielectric function is an essential ingredient of the description of its optical and transport properties. The aim of this paper is to give a didactic introduction how the conduction electrons in solids responds to an external time dependent electric field and to make a comparison between Drude and Lindhard dielectric function models for the electron gas. In within framework of Lindhard model we derived an expression for dielectric function that is similar to the familiar Drudes's formula. In particular, the differences and similarities between the complex conductivity obtained from the two models are analyzed. Keywords: dielectric function, Drude model, Lindhard model. As propriedades físicas de metais e semicondutores dopados são em grande parte determinadas pelos seus elétrons de condução. A função dielétricaé uma quantidade física fundamental no estudo das propriedadesóticas e de transporte desses materiais. Neste artigo discutimos de forma introdutória como os elétrons de condução em um sólido respondemà presença de um campo elétrico externo bem como realizamos uma comparação entre os modelos de Drude e de Lindhard no cálculo da função dielétrica de um gás de elétrons em um sólido. Em particular, as expressões para a condutividade complexa obtida dos dois modelos são analisadas e comparadas. Palavras-chave: função dielétrica, modelo de Drude, modelo de Lindhard.

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Section: Dielectric Function From the Drude Modelmentioning

confidence: 99%

Dielectric function for free electron gas: comparison between Drude and Lindhard models

Andrade-Neto

2016

Rev. Bras. Ensino Fís.

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“…No efeito termiônico, os elétrons são emitidos aquecendo-se o material a temperaturas suficientemente altas (da ordem de 2000 K para metais) e, dessa forma, fornecendo energia aos elétrons para que eles consigam transpor a barreira de potencial que os mantêm ligados aos sólidos [1].…”

Section: Introductionunclassified

Expressões analíticas para a probabilidade de tunelamento em fenômeno de emissão por campo

Junior

Andrade-Neto

2013

Rev. Bras. Ensino Fís.

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O fenômeno de emissão por campoé um processo no qual elétrons, por efeito túnel, são extraídos de superfícies sólidas sob influência de campo elétrico externo. Neste artigo apresentamos um cálculo para a probabilidade de tunelamento de elétrons através de superfícies metálicas. Consideramos uma barreira de potencial unidimensional e utilizamos a aproximação JWKB para o cálculo da probabilidade de penetração da barreira. São propostos dois modelos de potenciais unidimensionais e em ambos são incluídos explicitamente o potencial imagem e o campo elétrico. Esses modelos são semelhantes aos utilizados em trabalhos anteriores que tratam do processo de ionização por campo. No primeiro modelo separamos em regiões distintas as contribuições do potencial imagem e do campo elétrico externo, o que permite uma solução exata da integral a ser resolvida. No segundo modelo, o potencial imagem e o campo elétrico são considerados em todo o espaço, o que leva a uma integral cuja solução deixa de ser trivial. Contudo, conseguimos obter expressões analíticas, do tipo Fowler-Nordheim, relativamente gerais. Os resultados obtidos são discutidos e comparados com outros da literatura. Palavras-chave: emissão por campo, probabilidade de tunelamento, equação de Fowler-Nordheim.Field emission is a process whereby electrons tunnel through a barrier in the presence of a strong electric field. The electron sources of field electron emission can be utilized in many applications such as field emission microscope, field electron emission flat panel displays and many other vacuum microelectronic devices. In this work we describe calculations of the tunneling transmission coefficient using two model potentials that simulate the field electron emission process from a solid. These models potentials were presented in previous works, in which the tunnelling rate was calculated. We utilize one-dimensional model potentials which is chosen to yield a reasonable physical representation of the real system. An external electric field F is applied in order to narrow the potential barrier, allowing the electrons to tunnel out of the metal. In model 1 the image potential is used only near the surface. In model 2 the image potential is used in all regions. In order to calculate the electronic transmission through the surface barrier we have used the semi-classical (JWKB) approximation. We present analytical Fowler-Nordheim-type equations for the electron tunneling probability. Keywords: field emission, tunneling probability, Fowler-Nordheim equation. IntroduçãoOs processos de emissão de elétrons através de superfícies sólidas, como a emissão termiônica e a emissão por campo, são de grande interesse científico e tecnológico. No efeito termiônico, os elétrons são emitidos aquecendo-se o material a temperaturas suficientemente altas (da ordem de 2000 K para metais) e, dessa forma, fornecendo energia aos elétrons para que eles consigam transpor a barreira de potencial que os mantêm ligados aos sólidos [1].Pode-se também extrair elétrons de um sólido mesmo sem o for...

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“…Lima [2] e Andrade [3] citam que o efeito termiônico é observado quando elétrons escapam do material ao serem excitados com uma energia térmica superior à sua função-trabalho, que é a energia mínima para remoção de um elétron do material. Esse efeito leva ao aparecimento de uma nuvem eletrônica ao redor do material, que dificulta ou impede a saída de outros elétrons.…”

Section: Introductionunclassified