Современная электроника №8/2026

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 34 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2026 направлении <100>, полученные Л. Суонсоном и Л. Краузером, приведе- ны на рис. 2. На этом рисунке по верти- кали отложено −dI_c/dV_t в произволь- ных единицах, то есть производная тока коллектора по задерживающе- му напряжению. Это и есть плотность эмиссионного тока на единицу энер- гии, то есть сколько электронов выле- тает с данной энергией. По горизон- тали отложены значения не самой энергии в эВ, а безразмерная величи- на ε/ d , где ε – энергия электрона отно- сительно уровня Ферми; d = 0,174 эВ, параметр, характеризующий скорость изменения прозрачности барьера. Таким образом, одна единица по оси равна 0,174 эВ, что соответствует зна- чению метки «−2,0», равному пример- но −0,35 эВ. Шесть разных экспериментальных кривых на рис. 2 соответствуют эмит- теру при шести значениях безразмер- ной температуры p = kT/d . Эти параме- тры относятся только к одной из них. Например, кривая 1 ( p = 0,038) соответ- ствует самой низкой в эксперименте температуре 77К, а кривая 6 ( p = 0,447) получена для самой высокой в экспе- рименте температуре около 900К. Все кривые нормированы таким образом, чтобы было обеспечено совпадение по высоте пика при p = 0,25, а их задние склоны накладывались бы друг на друга. Именно этим объясняется узел, в котором все кривые сходятся вбли- зи ε = 0. Справа от нуля, при ε > 0, ход кривых зависит от температуры эмиттера. Для кривой № 1 ток обрывается почти сра- зу за нулём. В то же время на кривой № 6 ток доходит до величины ε/ d ≈ 2,6. Этот участок показывает, что с повы- шением температуры часть электро- нов попадает в область выше уровня Ферми. Таким образом, правая часть спектров на рис. 2 ведёт себя точно так, как предсказывает теория (рис. 1). Слева от пика, согласно теории сво- бодных электронов, должна находить- ся монотонная, гладкая, без каких- либо выбросов спадающая до нуля кривая (рис. 1). Вместо этого экспе- риментальные данные показывают (рис. 2), что после главного максиму- ма (около ε/ d ≈ −0,4) кривая идёт вниз, но затем спад прерывается. Примерно в диапазоне ε/ d от −1,5 до −2,6 образу- ется почти горизонтальная площад- ка на уровне 0,5…0,55 по вертикаль- ной оси, и только после ε/ d ≈ −2,6 спад возобновляется, а кривая стремится к нулю. Это и была та самая «аномалия с широким плечом» приблизительно на 0,35 эВ ниже E_F, которую не смог- ли в 1966 году однозначно интерпре- тировать ни сами авторы, ни другие известные физики. Если пользоваться инженерной ана- логией, то можно сказать, что на плав- но спадающей АЧХ хорошо известного усилителя появилась лишняя непо- нятная «ступенька», означающая, что в системе есть какой-то дополнитель- ный энергетический канал. Странным было то, что дополни- тельный подъём спектра, который получил известное в литературе название «горб Суонсона» (Swanson Hump), присутствовал на всех шести кривых, от 77К до высоких темпера- тур, и его положение по энергии не смещалось. Это исключало тепловую природу артефакта, демонстрируя тот факт, что нагрев менял только правую часть. Кроме того, такой формы спек- тров не наблюдалось ни для одно- го другого направления. Графики на рис. 2 в оригинальной работе были приведены именно для кристалло- графического направления <100>. При этом для направлений <112>, <116>, <110>, <111> и <130> кривые получа- лись гладкими, строго соответствовав- шими теоретической модели. Сами авторы Л. Суонсон и Л. Краузер связывали аномальное плечо с особен- ностями электронной зонной структу- ры вольфрама в направлении <100>. Только в 1981 году российский физик А.Я. Беленький, соавтор «само- согласованной кластерной модели атомной структуры аморфного метал- ла», назвал этот самый выступ первым из известных косвенных эксперимен- тальных наблюдений таммовских уровней на поверхности металла. Тщательный анализ статьи Суонсо- на и Краузера показывает, что рез- кая привязка к кристаллографиче- скому направлению является ярким доказательством поверхностной при- роды явления: «the direction of emission must coincide almost exactly with the <100> direction in order to observe the special distribution». Важно то, что уже при отклонении на 13° (направление <116>) аномальный «горб» практи- чески исчезал. Такая жёсткая изби- рательность по грани означала, что «эффект дополнительного горба» свя- зан с конкретным способом обрыва кристаллической решётки. Этот факт послужил основным доказательством того, что обрыв решётки и есть та самая граница, на которой Тамм пред- сказал локализованные электронные состояния. Дальнейшие эксперименты с использованием независимых новых методов (спектроскопии полевой эмиссии, УФ-фотоэмиссии, спектроско- пии ионной нейтрализации) позволи- ли надёжно подтвердить поверхност- ную природу электронной структуры W(100). Так, например, Фойербахер и Уиллис, используя метод фотоэмис- сионной спектроскопии, доказали наличие пика, расположенного на 0,4 эВ ниже уровня Ферми (E_F). Важ- но то, что этот пик сильно подавлялся после насыщенной адсорбции кисло- рода или водорода. Понятно, что объ- ёмное свойство металла от одного напылённого слоя атомов существен- но измениться и вообще исчезнуть в принципе не может. Однако такая экранировка поверхности полностью меняет её свойства. Таким образом, гашение монослоем кислорода яви- лось ещё одним аргументом того, что избыток электронов на этом дополни- тельном выступе был обусловлен не объёмным кристаллом, а исходил из состояний, существовавших на гра- нице [8]. Прямое экспериментальное подтверждение существования уровней Тамма В эти же годы бурно развивалось другое направление физики твёрдого тела, связанное с разработками полу- проводниковых лазеров. Как мы подробно рассказывали в журнале «Современная электроника» № 9, 2024, ещё летом 1971 года Жорес Алфёров из Ленинградского ФТИ име- ни А.Ф. Иоффе с коллегами подали заявку на изобретение, в которой авто- ры сформулировали идею конструк- ции, реализованной позже (1974 г.) в «лазерах с распределённой обратной связью» – РОС (Distributed Feedback Laser). В этих лазерах использова- лись резонаторы, в которых гофри- рованная гетерограница создавала периодическое изменение показателя преломления, что приводило к интер- ференционному отражению стимули- рованного излучения. Период решётки выбирался таким образом, чтобы обе- спечить выполнение условия Брэгга для отражений в обратном направле- нии d = λ/2 n e , где λ – длина волны света