Современная электроника №7/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 50 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2025 ра света в вакууме. Поэтому SPP не может быть возбуждён светом. Для возбуждения SPP нужны специаль- ные методы, например призмы или особые наноструктуры. Таммовский плазмон, напротив, может быть воз- буждён светом напрямую благодаря малым значениям волнового векто- ра. Для того чтобы различать эти два типа плазмонов, стали употреблять термин «таммовские плазмон-поля- ритоны». В отличие от SPP, таммовские плаз- мон-поляритоны не распространяют- ся вдоль границы кристалла, а лока- лизованы в одной точке и образуют стоячую волну. Благодаря DBR свет как бы «запирается» в этой обла- сти, создавая узкую спектральную линию. Поскольку таммовские плазмоны- поляритоны (ТПП) обладают высокой чувствительностью к параметрам гибридных структур, в которых они возникают, они являются крайне пер- спективными для создания датчиков, способных точно измерять изменения показателя преломления, а также для разработки лазеров, оптических пере- ключателей, фильтров и селективных излучателей света и тепла. Такие тех- нологии находят применение в совре- менной электронике, включая опти- ческие сенсоры, фотонные устройства и энергоэффективные источники излучения. Схематическое изображение струк- туры Тамма, состоящей из распреде- лённого брэгговского отражателя (DBR) на основе GaAs/AlAs и золотой плёнки, показано на рис. 5. Более подробно таммовские плаз- мон-поляритоны будут рассмотрены в следующей части статьи. В 1933 году в том же журнале «Physik der Sowjetunion» Игорь Тамм опубликовал статью о работе выхо- да электронов из металла и термо­ электронной эмиссии, подготовлен- ную совместно со своим аспирантом, а впоследствии сотрудником «первого созыва» Теоретического отдела Физи- ческого института Дмитрием Ивано- вичем Блохинцевым [24]. В 1933 году на момент опублико- вания статьи были известны эмпи- рические законы термоэлектронной эмиссии (уравнение Ричардсона) и основные принципы статистики Фер- ми – Дирака. Однако единой теории, согласую- щей эти концепции с учётом кван- тово-механического рассмотрения потенциального барьера на поверхно- сти металла, тогда ещё не было. В этой статье Тамм и Блохинцев объяснили природу термоэлектронной эмиссии в металлах (ТЭЭМ), основываясь на том, что в металле электроны распределе- ны по энергиям согласно статистике Ферми – Дирака, а не классическому максвелловскому закону. При нагре- ве металла часть электронов приоб- ретает достаточно высокую энергию, чтобы преодолеть потенциальный барьер на границе металл–вакуум, который определяется работой выхо- да электрона из металла. Именно эта группа электронов формирует тер- моэлектронный поток. Авторы рас- смотрели механизм движения элек- тронов, имеющий статистический характер, с учётом вероятностей их прохождения через потенциальный барьер. В результате была получена формула тока эмиссии, по структуре напоминающая формулу Ричардсо- на, но включающая дополнительные экспоненциальные члены, учитыва- ющие зависимость работы выхода от температуры. В предельном слу- чае высоких температур формула эмиссионного тока сводится к урав- нению Ричардсона. Однако для точ- ного описания электронов, покидаю- щих металл, необходимо учитывать статистику Ферми – Дирака и особен- ности потенциального барьера. Работу выхода Тамм и Блохинцев интерпретировали как энергетиче- ский барьер, который должен пре- одолеть электрон, чтобы покинуть металл и перейти в вакуум. При таком подходе работа выхода опре- делялась как разность между уров- нем наибольшей энергии электро- на при абсолютном нуле и внешним потенциалом, удерживающим элек- троны внутри металла. Под воздей- ствием однородного электрического поля, направленного от поверхности металла, потенциальный барьер на границе металл–вакуум слегка пони- жается, что облегчает электронам преодоление этого барьера и эмиссию из металла. Это происходит потому, что потенциальная энергия электро- на вблизи поверхности складывает- ся из двух частей: электростатическо- го взаимодействия с поверхностным зарядом («силы зеркального изобра- жения») и энергии взаимодействия с внешним электрическим полем. В результате внешнее электроста- тическое поле изменяет профиль поверхности потенциального барье- ра, уменьшая эффективную работу выхода, что приводит к повышению термоэлектронной эмиссии. Работу Игоря Тамма и Дмитрия Бло- хинцева [24] можно рассматривать как заключительный этап, который помог перейти от эмпирических и полуэмпирических моделей к деталь- ной квантово-механической теории электро-эмиссионных процессов. Она оказала значительное влияние на развитие таких приложений совре- менной электроники, как, например, холодные катоды с автоэлектронной эмиссией, фотоэлектрохимическая катализация, электронная микроско- пия, а также на другие сферы совре- менной электроники. Рис. 5. Схематическое изображение структуры таммовского плазмон- поляритона на основе GaAs/AlAs и DBR из золотой плёнки Падающий свет Металлический слой Первый переменный период Брэгговское зеркало