Контактные явления в металлах
Рассмотрим процессы, происходящие при осуществлении контакта двух металлов, обладающих разной работой выхода. Напомним, что под работой выхода понимают работу, затрачиваемую на то, чтобы удалить электрон, находящийся на уровне Ферми, в бесконечность.
Пусть в изолированном состоянии энергия Ферми, отсчитываемая от дна зоны проводимости, в металле А характеризуется значением 
, а в металле В — значением 
(рис. 1.60, а). Работы выхода, соответственно, имеют значения 
и 
.
При осуществлении контакта таких металлов электроны металла В начинают переходить на более низкие свободные уровни металла А. При этом металл А заряжается отрицательно, а металл В — положительно. Появление этих зарядов вызывает смещение энергетических уровней металлов; в металле А все уровни сдвигаются вверх, а в металле В — вниз относительно своих положений в исходном состоянии. Как только непрерывно повышающийся уровень и непрерывно понижающийся уровень окажутся на одной высоте (рис. 1.60, б), процесс перехода электронов из одного металла в другой прекратится и между металлами восстановится динамичное равновесие. При этом между нулевыми уровнями контактируемых металлов установится разность потенциалов
Эту разность потенциалов, обусловленную разностью работ выхода электронов из контактируемых металлов, называют внешней контактной разностью потенциалов.
В месте контакта металлов возникает двойной электрический слой толщиной d, который можно рассматривать как плоский конденсатор, обладающий удельной емкостью 
. Между обкладками конденсатора действует внутренняя контактная разность потенциалов 
. Учтем, что разность потенциалов φк между обкладками и заряд Q. на обкладках конденсатора связаны соотношением 
. Тогда 
, откуда получаем
Толщина двойного слоя d не может быть меньше периода решетки а = 0,3 нм при φк = 1. Такой слой может возникнуть при переходе с каждого квадратного метра металла В в металл А электрического заряда, значение которого Q= 0,885*10-11/ 0,3*10-9 = ≈ 3*10-2 Кл, что соответствует переходу п = Q/q = 3*10-2/1,6*10 -19= 2*1017 электронов. Поверхностная плотность атомов составляет около 1019 м-2. Полагая, что каждый поверхностный атом отдает по одному электрону, нетрудно установить, что для возникновения двойного слоя предельно малой толщины требуется перетекание с контактной поверхности одного металла на контактную поверхность другого всего лишь 2 % свободных электронов. Столь незначительное изменение концентрации свободных электронов в контактном слое и малая толщина этого слоя по сравнению с длиной свободного пробега электронов не оказывают существенного влияния на электропроводность этого слоя по сравнению с электропроводностью контактирующих металлов.