Современная электроника №8/2026

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 33 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2026 Рис. 1. Теоретические кривые, рассчитанные согласно модели свободных электронов Рис. 2. Экспериментальные спектры распределения электронов для вольфрамового автоэмиттера в кристаллографическом направлении <100> при температурах эмиттера от 77K до 900К рованная Игорем Таммом, рассмотре- на ниже в этой статье. Косвенные экспериментальные подтверждения существования уровней Тамма Гениальный прогноз предсказанных Игорем Таммом поверхностных состо- яний в течение десятилетий оставал- ся практически незамеченным миро- вой научной общественностью. Такая ситуация сложилась в 1930-е годы, поскольку в то время не было необ- ходимых технологий и лабораторно- го оборудования для прямых экспе- риментов, подтверждающих теорию Тамма. Реальный скачок в исследованиях процессов на границе кристаллов про- изошёл в конце 1960-х годов с откры- тием новых спектрографических мето- дик. По-видимому, первым эксперимен- тальным косвенным подтверждени- ем таммовских уровней на поверх- ности металла можно считать работу Л. Суонсона и Л. Краузера 1966 года [7]. Авторы этой работы использова- ли метод спектроскопии полного распределения энергии электронов с использованием автоэлектронной (полевой) эмиссии из острия вольфра- мового монокристалла (Total Energy Distribution of Field-Emitted Electrons). Автоэлектронная эмиссия представля- ет собой туннелирование электронов из металла в вакуум под действием сильного электрического поля. В упро- щённом виде схема такой установки напоминает вакуумный диод с особой геометрией электродов. Катод (эмит- тер) изготавливается в виде иглы из вольфрама или углеродных матери- алов. Острие иглы – это заострённая пирамидальная вершина, на которой выходят наружу разные кристаллогра- фические грани. Малый радиус кри- визны заострённого конца катода позволяет получить огромную напря- жённость электрического поля даже при относительно небольших разно- стях потенциалов. На анод (коллектор/ экстракционный электрод), располо- женный на небольшом расстоянии напротив катода, подавался высокий положительный потенциал относи- тельно катода. За счёт этого в прика- тодной области напряжённость поля была в диапазоне (3,0…4,3) × 10⁷ В/см. Все элементы были размещены в ваку- умной камере. Благодаря возникаю- щему при конкретных параметрах туннельному эффекту электроны с определёнными энергиями пре­ одолевали потенциальный барьер, соответствовавший работе выхода. С помощью устройства магнитного отклонения выбирали грани пира- мидальной вершины катода, с кото- рой вылетали электроны. Этот метод позволил не просто измерять суммар- ный туннельный ток, но также восста- навливать спектр электронов, эмити- рованных с острия иглы. Технически это было реализовано с помощью задерживающего потенциала, пода- ваемого на коллектор. Измерения проводились для кри- сталлографических направлений <112>, <116>, <110>, <111>, <130> и <100> атомарно чистого монокристал- ла вольфрама. Эксперименты показали, что по всем направлениям, кроме <100>, измеренные спектры хорошо совпада- ли с теоретическими кривыми, полу- ченными в рамках свободно электрон- ной модели (Free-Electron Behavior Model) (рис. 1). Нужно обратить внимание на то, что модель «Free-Electron Behavior» объясняет свойства металлов, рассма- тривая валентные электроны как газо- образное облако, свободно движущее- ся внутри кристаллической решётки. Результаты измерений спектров электронов для вольфрамового авто- эмиттера в кристаллографическом Модель свободных электронов Теоретические кривые (Модель Юнга (Уравнение (1)) – dl c / dV t (произвольные единицы)