[论文解读] The effect of a magnetic field on the motion of electrons for the field emission process description

Serhii Lebedynskyi, V.I. Miroshnichenko+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2017

Vacuum and Plasma Arcs参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文求解了电子在任意夹角的均匀电场与磁场共同作用下的薛定谔方程，证明了与金属表面平行的磁场会改变势垒，从而影响场致发射。其主要贡献在于从量子力学角度描述了磁场如何改变场致发射过程中的电子发射动力学。

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.

研究动机与目标

• 分析电子在同时存在均匀电场与磁场下的量子力学行为。
• 研究平行于金属表面的磁场如何影响场致发射中的势垒。
• 求解任意夹角下交叉电场与磁场作用下的定态薛定谔方程。
• 量化磁场影响下电子发射特性的变化。
• 扩展对真实电磁环境中场致发射理论理解。

提出的方法

• 求解带电粒子在恒定、均匀电场与磁场叠加场中的定态薛定谔方程。
• 采用规范不变形式描述电子在两种场作用下的运动。
• 应用适用于金属表面场致发射的边界条件。
• 分析不同磁场取向下的波函数与势垒结构。
• 聚焦于磁场方向与金属表面平行的情形，以评估其对发射的影响。
• 采用量子力学形式体系计算有效势垒的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 与金属表面平行的磁场如何改变场致发射的势垒？
• RQ2 电场与磁场之间的夹角对场致发射中电子波函数有何影响？
• RQ3 磁场的存在如何改变场致发射中的量子隧穿概率？
• RQ4 对于任意磁场取向的组合电场与磁场，能否解析求解电子的薛定谔方程？
• RQ5 磁场在改变电子轨迹与场致发射电流中起什么作用？

主要发现

• 磁场显著改变了电子在场致发射中必须隧穿的势垒结构。
• 当磁场方向与金属表面平行时，势垒形状发生改变，从而影响电子发射概率。
• 薛定谔方程的解证实，磁场以非平凡方式影响电子的有效势能与波函数。
• 分析表明，磁场的强度与取向可导致场致发射被抑制或增强。
• 结果表明，在高精度电子源中，必须考虑磁场的影响，以建立准确的场致发射模型。
• 本研究为预测组合电磁场作用下场致发射行为提供了理论框架。