2.
真空中的电流
(一)热电子发射
真空中没有自由电荷,故在一般情况下真空中不会有电流。金属内部的自由电子可以在金属内部自由运动,但是它们很难进入真空。不过随着金属温度的升高,电子动能增加,当动能超过一定数值后,就会有大量电子从金属中逸出,这就是热电子发射,如图所示。从热阴极逸出的电子可以在加速电源的作用下运动到阳极极板上,从而形成回路电流。
(二)隧道电流
微观粒子由于具有隧道效应,即使金属的温度不高,电子仍有一定的概率贯穿材料表面进入真空,从而可在特定的条件下在真空中形成微弱的隧道电流。1981年,IBM苏黎世实验室的宾尼(Gerd。Binnig,1947-)博士和罗雷尔(J。H。Rohrer,1933-2013)博士及同事们成功地研制出了一种新型的表面分析仪器-扫描隧道显微镜(简称STM)。1983年,他们又第一次利用STM在硅单晶表面观察到周期性排列的硅原子阵列,这是人类有史以来首次直接看到原子。由于这一成就,他们获得了1986年的诺贝尔物理学奖。
扫描隧道显微镜有一个针尖在样品表面上扫描,当原子尺度的探针针尖在不到一纳米的高度上扫描样品时,在针尖和样品之间加一大小在2mV~2V之间的电压,针尖和样品之间就会有隧道电流。这个隧道电流对针尖和样品之间的距离非常敏感,如果控制了隧道电流恒定不变,就控制了针尖和样品之间的距离不变,而距离不变就意味着针尖随着样品表面的形貌起伏而起伏,若把针尖高低运动的轨迹记录下来,就可以得到表面原子的形貌。
请根据以上材料,回答下列问题。