Физики решили давнюю загадку: почему электрон с достаточной энергией иногда остаётся в материале, а иногда летит наружу — оказалось, ему нужна 'дверь'
NewsMakerВ толстых структурах возникают резонансные состояния, которые выпускают электроны наружу.
Команда исследователей из Венского технического университета объяснила, почему одни электроны покидают твердое тело, а другие остаются внутри. Работа снимает давнюю загадку физики конденсированного состояния и уточняет механизм вторичной эмиссии электронов, который используют фотокатоды, электронные микроскопы и старые электронно-лучевые трубки.
Классическое представление было простым. Если электрон внутри материала получает достаточно энергии, он должен вылететь наружу, как лягушка, которая сумела подпрыгнуть выше края коробки и нашла выход. Эксперименты снова и снова показывали, что прямой связи между энергией и вероятностью вылета нет. По словам руководителя группы атомной и плазменной физики Рихарда Вильхельма, было ошибкой полагать, что все электроны с достаточной энергией просто покидают твердое тело. Первая автор работы Анна Ниггас добавляет, что материалы с похожими энергетическими уровнями, например разные по толщине структуры графена, демонстрируют заметно различное поведение испускаемых электронов.
Исследование, опубликованное в издании Physical Review, показывает , что решающим фактором являются особые квантовые состояния. Не каждое состояние с энергией выше порога выхода ведет наружу. Электрон может уже иметь энергию свободной частицы, но оставаться локализованным в области твердого тела. Как объясняет Флориан Либиш из Института теоретической физики, электронам нужны «состояния-двери» на пути к вакууму. Эти состояния сильно связаны с теми, что действительно выводят электрон наружу, и лишь они открывают «дверь» из материала. Остальные энергетически допустимые состояния такой возможности не дают.
Авторы также обнаружили зависимость от толщины слоистых структур. Некоторые резонансные «состояния-двери» проявляются только тогда, когда в стопке больше пяти слоев. Это открывает путь к целенаправленному проектированию эмиссионных свойств многослойных материалов, где можно управлять не только энергиями электронов, но и наличием нужных состояний на границе с вакуумом.
В итоге становится понятнее, какие именно электроны покинут материал и какую форму примет их спектр. Впервые показано, что он зависит не только от самого вещества, но и от того, существуют ли в нем резонансные «состояния-двери» и где именно они расположены. Такой подход обещает более точные модели для приборов, основанных на вторичной эмиссии, и новые возможности для инженерии поверхностей.
Команда исследователей из Венского технического университета объяснила, почему одни электроны покидают твердое тело, а другие остаются внутри. Работа снимает давнюю загадку физики конденсированного состояния и уточняет механизм вторичной эмиссии электронов, который используют фотокатоды, электронные микроскопы и старые электронно-лучевые трубки.
Классическое представление было простым. Если электрон внутри материала получает достаточно энергии, он должен вылететь наружу, как лягушка, которая сумела подпрыгнуть выше края коробки и нашла выход. Эксперименты снова и снова показывали, что прямой связи между энергией и вероятностью вылета нет. По словам руководителя группы атомной и плазменной физики Рихарда Вильхельма, было ошибкой полагать, что все электроны с достаточной энергией просто покидают твердое тело. Первая автор работы Анна Ниггас добавляет, что материалы с похожими энергетическими уровнями, например разные по толщине структуры графена, демонстрируют заметно различное поведение испускаемых электронов.
Исследование, опубликованное в издании Physical Review, показывает , что решающим фактором являются особые квантовые состояния. Не каждое состояние с энергией выше порога выхода ведет наружу. Электрон может уже иметь энергию свободной частицы, но оставаться локализованным в области твердого тела. Как объясняет Флориан Либиш из Института теоретической физики, электронам нужны «состояния-двери» на пути к вакууму. Эти состояния сильно связаны с теми, что действительно выводят электрон наружу, и лишь они открывают «дверь» из материала. Остальные энергетически допустимые состояния такой возможности не дают.
Авторы также обнаружили зависимость от толщины слоистых структур. Некоторые резонансные «состояния-двери» проявляются только тогда, когда в стопке больше пяти слоев. Это открывает путь к целенаправленному проектированию эмиссионных свойств многослойных материалов, где можно управлять не только энергиями электронов, но и наличием нужных состояний на границе с вакуумом.
В итоге становится понятнее, какие именно электроны покинут материал и какую форму примет их спектр. Впервые показано, что он зависит не только от самого вещества, но и от того, существуют ли в нем резонансные «состояния-двери» и где именно они расположены. Такой подход обещает более точные модели для приборов, основанных на вторичной эмиссии, и новые возможности для инженерии поверхностей.