kenttäemission

Kenttäemissio on elektronien vapautuminen johtavasta materiaalista voimakkaan sähkökentän vaikutuksesta. Prosessi tapahtuu, kun paikallinen kenttä on tarpeeksi korkea, jotta elektronit voivat tunneloitua potentiaalibarrikadin läpi ja siirtyä pinnalta tyhjiöön. Kenttäemissio on kvanttimekaniikan tunneli-ilmiö, ja sitä hyödynnetään erityisesti teräviä kärkiä käyttävissä lähteissä, joissa paikallinen kenttä on erittäin voimakas.

Mekanismin kannalta emissiota säätelevät pinnan work function φ sekä pinnan puhtaus ja atomitasoinen rakenne sekä kärjen geometria. Terävät kärjet nostavat paikallista sähköistä kenttää ja siten lisäävät tunneloitumisen todennäköisyyttä. Kylmä kenttäemissio ilmenee alhaisissa lämpötiloissa, kun sähköinen kenttä on pääasiallinen ajuri; lämpö-kenttäemissio taas syntyy, kun lämpötilan vaikutus yhdistyy kenttään.

Teoreettisesti kenttäemissio kuvataan Fowler–Nordheim -mallilla. Virran tiheys J riippuu sekä paikallisesta kentästä että work functionista φ; tyypillinen muoto on J ∝ E^2 exp(-B/ E), jossa B sisältää φ:n tekijöitä. Käytännössä materiaalin ominaisuudet, pinnan kunto ja kärjen geometria määrittävät todellisen emittoivan virran.

Sovelluksiin kuuluu kenttäemissiolähteet (FEG) elektroteknisissä laitteissa, kuten transmission-elektronimikroskoopeissa, joissa ne tarjoavat kirkkaan ja tarkasti fokusoidun elektronisäteen. Kenttäemissio on myös käytetty tutkimuksissa kenttäemissio-näytöissä (FED) sekä muissa laitteissa, joissa tarvitaan kylmää, nopeaa elektroniikkalähdettä. Historian keskeinen teoreettinen perusta muodostui Fowlerin ja Nordheimin työn vuonna 1928; käytännön lähteet kehittyivät 1950–1960-luvuilla.