Travail de sortie

En physique, en mécanique quantique, le travail de sortie est l'énergie minimum, mesurée en électron-volts, indispensable pour arracher un électron depuis le niveau de Fermi d'un métal jusqu'à un point localisé à l'infini en-dehors du métal.

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Mécanique quantique - Physique quantique

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Experimental energy bands of a rare-earth metal : Gd (0001) = Bandes d'énergie... dans l'émission d'électron secondaire et le travail de sortie est calculé... (source : linkinghub.elsevier)

En physique, en mécanique quantique, le travail de sortie est l'énergie minimum, mesurée en électron-volts, indispensable pour arracher un électron depuis le niveau de Fermi d'un métal jusqu'à un point localisé à l'infini en-dehors du métal.

Le travail de sortie est approximativement la moitié de l'énergie d'ionisation d'un atome libre du même métal.

Travail de sortie photoélectrique

L'effet photoélectrique consiste en une libération d'un électron quand un photon pourvu d'une énergie supérieure au travail de sortie arrive sur le métal. La différence entre l'énergie du photon incident et le travail de sortie est apportée à l'électron sous forme d'énergie cinétique.

Le travail de sortie photoélectrique est :

$\varphi = hð0 \,$

où h est la constante de Planck et f₀ est la fréquence minimum du photon à partir de laquelle l'émission photoélectrique se produit.

Travail de sortie thermoïonique

Le travail de sortie est aussi un concept important dans la théorie de l'émission thermoïonique. Dans ce cas, l'énergie communiquée à l'électron provient d'un échange thermique au lieu d'une interaction avec un photon.

Prenons l'exemple d'un électron extrait d'un filament chauffé et porté à un potentiel négatif dans un tube à vide. On nomme tandis quelquefois le travail de sortie «travail de sortie thermoïonique». Le tungstène est un métal particulièrement très employé dans la technologie des tubes à vide à cause de son faible travail de sortie de l'ordre de 4, 5 eV approximativement.

Le travail de sortie dépend de l'orientation du cristal. Il sera le plus souvent plus faible pour les métaux dont le réseau cristallin est ouvert et plus élevé pour les métaux dans lesquels les atomes sont assemblés de façon compacte. Les valeurs pratiques des travaux de sortie se trouvent le plus souvent dans la gamme 1, 5–6 V. Elles peuvent être plus élevées pour les cristaux particulièrement denses.

Exemple

A titre d'exemple, le césium possède une énergie d'ionisation de 3, 9 eV et un travail de sortie de 1, 9 eV.

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

$E_{tot}(N+1) - E_{tot}(N) = {\partial E_{tot} \over {\partial N} } = \mu$

$\varepsilon_F = \, \mu$

où V est le niveau énergétique du vide et F le niveau de Fermi.

Applications

En électronique le travail de sortie est une grandeur importante pour la conception des jonctions métal-semi-conducteur des diodes Schottky et dans la conception des tubes électroniques.

Voir aussi

Liens externes

(fr) La structure Métal-Semiconducteur - Effets de surface sur le site de l'École Polytechnique Universitaire de Lille ;
(fr) Physique du solide : les bandes d'énergie ;
(en) Travail de sortie des métaux courants ;
(en) Travail de sortie de matériaux utilisés pour l'effet photoélectrique ;
(en) Travail de sortie de quelques métaux avec la température indispensable pour libérer les électrons par émission thermoïonique ;
(en) Quelques travaux de sortie.

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