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功函数与表面效应

已有 9837 次阅读 2012-9-7 16:13 |系统分类:科研笔记

    金属的功函数W与它的费米能级 .epsilon_F .; 密切相关但两者并不相等。这是因为真实世界中的固体具有表面效应:真实世界的固体并不是电子和离子的无限延伸重复排满整个布拉维格子的每一个原胞。没有任何一者能仅仅位于一系列布拉维格点 .{R.} .; 在固体占据且充满了非扭曲电荷分布基 .{R.} .; 至所有原胞的几何区域V。的确,那些原胞中靠近表面的电荷分布将会与理想无限固体相比被显著的扭曲,导致一个有效表面偶极子分布,或者,有些时候同时有表面偶极子分布和表面电荷分布。

    能够证明如果我们定义功函数为把电子从固体中立即移出到一点所需的最小能量,但是表面电荷分布的效应能够忽略,仅仅留下表面偶极子分布。如果定义带来表面两端势能差的有效表面偶极子为 W_S .; 。且定义从不考虑表面扭曲效应的有限固体计算出的 .epsilon_F .; 为费米能,当按惯例位于 r .rightarrow .infty .; 的势为零。那么,正确的功函数公式为:


W = - .epsilon_F +W_S .;

其中 .epsilon_F .; 是负的,表明电子在固体中为负极。

 W = -E_{tot}(N+1) + .{E_{tot}(N) + V(.infty) .} = - {.partial E_{tot} .over {.partial N} } + V(.infty) = - .mu + V(.infty)

表面效应对功函数的影响可以简单地用下图表示:

(参考:M.S.Xue et al.,Journal of Physics and Chemistry of Solids,73 (2012) 781-787)



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2 吕喆 强涛

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