On the specific behavior of the work function and surface potential of an asymmetric metal-dielectric nanosandwich

Анотація

Досліджено тонку плівку на діелектричній підкладці (вакуум/Al/SiO2) у межах моделі стабілізованого желе та методу Кона–Шема. Розглянуто вплив поверхні та розміру на ефективний потенціал і роботу виходу електрона та проаналізовано просторовий розподіл електронів і потенціалів. Виявлено, що діелектричне середовище, як правило, призводить до зменшення роботи виходу. Вплив діелектричного обмеження для роботи виходу електрона в асиметричних металодіелектричних наносендвічах зменшується лише до середньозваженого значення діелектричних констант за площею поверхні. Цей висновок випливає із застосування теореми Гауса для провідної сфери з неоднорідним діелектричним покриттям. Потік електронів від діелектричної грані до вакуумної в наслідок контактної різниці потенціалів проявляється у появі додаткового диполя між лівою та правою гранню в межах просторового розподілу іонів. Це призводить до того, що у вакуумі електростатичний та ефективний потенціали змінюють знак двічі, внаслідок чого потенційний бар’єр виникає над рівнем вакууму. Запроваджено положення електронної зони провідності в діелектрику як вхідний параметр у процедурі самоузгодження для одного із сендвіч-наближень. Як виявилося, висота бар'єра залежить лише від того, яке наближення енергії обмінної кореляції використовується — локальне чи нелокальне. Обговорено нетривіальне походження та поведінку розрахованого ефективного потенціалу на вакуумній стороні плівки, а також причини цього.