[논문 리뷰] The effect of a magnetic field on the motion of electrons for the field emission process description

Serhii Lebedynskyi, V.I. Miroshnichenko외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 09.

Vacuum and Plasma Arcs참고 문헌 13인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 임의의 각도로 조합된 균일한 전기장과 자기장에서 전자를 위한 쇼리딩거 방정식을 해결하며, 자기장이 금속 표면에 평행할 경우 잠재력 장벽이 수정되어 필드 에미션에 영향을 준다는 것을 입증한다. 주요 기여는 필드 에미션 과정에서 자기장이 전자 방출 역학을 어떻게 변화시키는지에 대한 양자역학적 기술이다.

ABSTRACT

The Schrödinger equation is solved for the wave function of an electron moving in a superposition of external constant and uniform electric and magnetic fields at an arbitrary angle between the field directions. The changing of the potential barrier under influence of the magnetic field parallel to the metal surface is shown.

연구 동기 및 목표

• 동시에 작용하는 균일한 전기장과 자기장 하에서 전자의 양자역학적 거동을 분석하기.
• 금속 표면에 평행하게 정렬된 자기장이 필드 에미션에서 잠재력 장벽에 미치는 영향을 조사하기.
• 임의의 각도에서 교차하는 전기장과 자기장이 존재하는 상황에서 시간에 의존하지 않는 쇼리딩거 방정식의 해를 제공하기.
• 자기장 영향으로 인한 전자 방출 특성의 변화를 정량화하기.
• 현실적인 전자기 환경에서 필드 에미션의 이론적 이해를 확장하기.

제안 방법

• 정수, 균일한 전기장과 자기장의 초위상에서 양성입자의 시간에 의존하지 않는 쇼리딩거 방정식을 해결하기.
• 전자 운동을 기술하기 위해 게이지 불변의 공식을 사용하기.
• 금속 표면에서의 필드 에미션에 적합한 경계 조건을 적용하기.
• 다양한 자기장 방향에서 파동함수와 잠재력 장벽의 구조를 분석하기.
• 자기장이 금속 표면에 평행할 경우에 집중하여 그가 방출에 미치는 영향을 평가하기.
• 효과적 잠재력 장벽의 변화를 계산하기 위해 양자역학적 형식을 활용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속 표면에 평행한 자기장이 필드 에미션의 잠재력 장벽에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 전기장과 자기장 사이의 각도가 필드 에미션에서 전자 파동함수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 자기장 존재 시 필드 에미션에서 양자역학적 터널링 확률이 어떻게 수정되는가?
• RQ4 임의의 필드 정렬에서 복합 전기장과 자기장이 존재하는 전자에 대해 쇼리딩거 방정식을 해석적으로 해결할 수 있는가?
• RQ5 자기장이 전자 궤도와 필드 에미션의 방출 전류에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 자기장은 필드 에미션에서 전자가 터널링해야 할 잠재력 장벽에 중요한 수정을 유도한다.
• 자기장이 금속 표면에 평행할 경우 장벽 형상이 변화하여 전자 방출 확률에 영향을 준다.
• 쇼리딩거 방정식의 해는 자기장이 전자의 효과적 잠재력과 파동함수에 비선형적인 방식으로 영향을 준다는 것을 확인한다.
• 분석 결과 자기장의 강도와 방향에 따라 필드 에미션을 억제하거나 증폭시킬 수 있음이 밝혀졌다.
• 결과적으로 고정밀 전자 소스에서 특히 자기장은 정확한 필드 에미션 모델링에 고려되어야 함을 시사한다.
• 이 연구는 복합 전자기장 하에서의 필드 에미션 거동을 예측하기 위한 이론적 프레임워크를 제공한다.