työfunktiosta

Työfunktio eli työfunktio pintakokonaisuudessa (työfunktio φ) on energian minimi, joka tarvitaan elektronin irrottamiseen kiinteän aineen pinnasta ja sen siirtämiseen vakuumiin. Tämä energia riippuu aineesta, pinnan rakenteesta sekä pinnalla esiintyvästä dipolimaisesta ympäristöstä.

Työfunktio määritellään suhteessa elektronin energiatasoihin: φ = E_vac − E_F, missä E_vac on Einsteinin asetelman mukaan palaavan elektronin energiasuure vakuumin rajalla ja E_F on Fermin taso kiinteässä aineessa. Eri materiaalit antavat eri työfunktiot. Metallit tarjoavat usein 2–5 eV:n kirjon, esimerkiksi cesium noin 2,1 eV, kupari noin 4,7 eV ja kultaa noin 5,1 eV. Puolijohteet ja nanorakenteet voivat poiketa näistä arvoista, ja pinnan puhdistuksen, adsorboituneiden aineiden sekä kristallirakenteen vaikutus on suuri.

Mittaaminen ja mittausmenetelmät: työfunktio voidaan määrittää ultraviolettisäteilyllä suoritetulla fotoelektronemisella kokeella sekä erilaisilla pintatutkimusmenetelmillä kuten Kelvin-probe -mittauksella. Näiden avulla voidaan selvittää ks. E_vac, E_F ja koko pinnan elektroni-yn.

Sovellukset ja merkitys: työfunktio on keskeinen käsite pintasanastossa, katodeissa ja elektronin emitted tuotannossa vakaissa vakuumijärjestelmissä sekä fotonipaneeleissa ja elektronisissa laitteissa. Sen hallinta ja muokkaus (työfunktiotehostus) on tärkeä osa pintalääketieteellistä, materiaalitieteen ja nanoteknologian sovelluksia, joissa elektronin poistuminen pinnalta vaikuttaa suorituskykyyn ja energiatehokkuuteen.