возникновение характерных минимумов интенсивности (теней) в угловом распределении частиц, вылетающих из узлов решётки Монокристалла. Т. э. наблюдается для положительно заряженных тяжёлых частиц (протонов, дейтронов, более тяжёлых ионов). Тени образуются в направлениях кристаллографических осей и плоскостей. Появление тени в направлении кристаллографической оси (осевая тень) обусловлено отклонением частиц, первоначально вылетевших в направлении этой оси, внутриатомным электрическим полем ближайших к излучающему узлу атомов, расположенных в той же цепочке (рис. 1). Распределение относительной интенсивности частиц у в области тени изображено на рис. 2. Угловые размеры тени определяются соотношением:

,

где 2x₀ - полуширина тени, eZ₁ и Е - заряд и энергия движущейся частицы, eZ₂ - заряд ядра атома кристалла, l - расстояние между соседними атомами цепочки. Интенсивность γ потока частиц в центре тени для совершенного кристалла (без дефектов) примерно в 100 раз меньше, чем на периферии.

Т. э. был обнаружен в 1964 независимо А. Ф. Тулиновым (СССР) и Б. Домеем и К. Бьёрквистом (Швеция), причём частицы, в пучке которых наблюдались тени, в этих работах имели различное происхождение. В экспериментах Тулинова это были продукты ядерных реакций на ядрах кристаллической мишени под действием ускоренных частиц. Домей и Бьёрквист вводили α-радиоактивные ядра в узлы кристаллической решётки (методом ионной имплантации) и наблюдали тени в угловом распределении вылетающих из кристалла α-частиц. Первый метод оказался более универсальным, и практически все последующие эксперименты проводились по его схеме. В частности, с помощью этого метода удалось наблюдать плоскостные тени, то есть области пониженной интенсивности частиц в направлении кристаллографических плоскостей, имеющие форму прямых линий. При регистрации плоскостных теней в качестве детектора часто используют ядерные фотографические эмульсии (См. Ядерная фотографическая эмульсия), так как с их помощью можно регистрировать теневую картину в большом телесном угле. На эмульсии возникает сложная теневая картина кристалла, называемая ионограммой (рис. 3).

Расположение пятен и линий на ионограмме зависит от структуры кристалла и геометрических условий опыта. Распределение интенсивности в пределах одной тени (осевой или плоскостной) определяется многими факторами (состав и структура кристалла, сорт и энергия движущихся частиц, температура кристалла, количество дефектов в кристалле). Пятна и линии на ионограмме по своей природе принципиально отличны от пятен и линий, получаемых при изучении кристалла дифракционными методами (см. Рентгеновский структурный анализ, Электронография, Нейтронография). Из-за малой величины длины волны де Бройля для тяжёлых частиц дифракционные явления на образование теней практически не влияют.

Т. э. используется в ядерной физике и физике твёрдого тела. На базе Т. э. разработан метод измерения времени протекания ядерных реакций (См. Ядерные реакции) в диапазоне значений 10^-6-10^-18 сек. Информация о величине τ извлекается из формы теней в угловых распределениях заряженных продуктов ядерных реакций, поскольку эта форма определяется смещением составного ядра за время его жизни из узла решётки. В физике твёрдого тела Т. э. используется для исследования структуры кристалла, распределения примесных атомов и дефектов. Особенно эффективными методы, основанные на Т. э., оказываются при изучении тонких монокристаллических слоев вещества (10-1000 Å).

Т. э. относится к группе ориентационных явлений, возникающих при взаимодействии частиц с кристаллами. Другое ориентационное явление - Каналирование заряженных частиц.

Лит.: Тулинов А. Ф., Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы, "Успехи физических наук", 1965, т. 87, в. 4, с. 585; Широков Ю. М., Юдин Н. П., Ядерная физика, М., 1972; Медиков Ю. В., Тулинов А. Ф., Ядерные столкновения и кристаллы, "Природа", 1974, № 10; Карамян С. А., Меликов Ю. В., Тулинов А. Ф., Об использовании эффекта теней для измерения времени протекания ядерных реакций, "Физика элементарных частиц и атомного ядра", 1973, т. 4, в. 2.

А. Ф. Тулинов.

Рис. 3. Ионограмма кристалла.

Рис. 1. Происхождение эффекта теней.

Рис. 2. Угловое распределение интенсивности потока вылетающих из кристалла частиц при эффекте теней.

уменьшение работы выхода (См. Работа выхода) электронов из твёрдых тел под действием внешнего ускоряющего их электрического поля. Ш. э. проявляется в росте тока насыщения термоэлектронной эмиссии (См. Термоэлектронная эмиссия), в уменьшении энергии поверхностной ионизации (см. Ионная эмиссия) и в сдвиге порога фотоэлектронной эмиссии (См. Фотоэлектронная эмиссия) в сторону бо́льших длин волн λ Ш. э. возникает в полях Е, достаточных для рассасывания пространств. заряда у поверхности эмиттера (Е Шотки эффект 10 -100 в․см^―1), и существен до полей Е Шотки эффект 10⁶ в^. см^―1. При Е > 10⁷ в․см^―1 начинает преобладать просачивание электронов сквозь потенциальный барьер на границе тела (Туннельная эмиссия).

Классическая теория Ш. э. для металлов создана немецким учёным В. Шотки (1914). Из-за большой электропроводности металла силовые линии электрического поля перпендикулярны его поверхности. Поэтому электрон с зарядом -е, находящийся на расстоянии х > а (а - межатомное расстояние) от поверхности, взаимодействует с ней так, как если бы он индуцировал в металле на глубине х своё "электрическое изображение", т. е. заряд +е. Сила их притяжения:

(1)

(ε_o - Диэлектрическая проницаемость вакуума), потенциал этой силы (φ _{э. и.} = -е/16πε_ох. Внешнее электрическое поле уменьшает φ _{э. и.} на величину Е^. х (см. рис.); на границе металл - вакуум появляется потенциальный барьер с вершиной при х = х_м =. При E ≤ 5^.10⁶в^. см^―1 x_m ≥ 8Å. Уменьшение работы выхода Φ за счёт действия поля равно: , например при Е = 10⁵в^. см^―1 ΔΦ = 0,12 эв и х_м=60 Å. В результате Ш. э. j экспоненциально возрастает от j_o до , где к - Больцмана постоянная, а частотный порог фотоэмиссии сдвигается на величину:

. (2)

В случае, когда эмиттирующая поверхность неоднородна и на ней имеются "пятна" с различной работой выхода, над её поверхностью возникает электрическое поле "пятен". Это поле тормозит электроны, вылетающие из участков катода с меньшей, чем у соседних, работой выхода. Внешнее электрическое поле складывается с полем пятен и, возрастая, устраняет тормозящее действие последнего. Вследствие этого эмиссионный ток из неоднородного эмиттера растет при увеличении E быстрее, чем в случае однородного эмиттера (аномальный Ш. э.).

Влияние электрического поля на эмиссию электронов из полупроводников (См. Полупроводники) белее сложно. Электрическое поле проникает в них на бо́льшую глубину (от сотен до десятков тысяч атомных слоев). Поэтому заряд, индуцированный эмиттированным электроном, расположен не на поверхности, а в слое толщиной порядка радиуса экранирования r_э. Для х > r_э справедлива формула (1), но для полей Е во много раз меньших, чем у металлов (ЕШотки эффект10²-10⁴ в/см). Кроме того, внешнее электрическое поле, проникая в полупроводник, вызывает в нём перераспределение зарядов, что приводит к дополнительному уменьшению работы выхода. Обычно, однако, на поверхности полупроводников имеются поверхностные электронные состояния. При достаточной их плотности (Шотки эффект10¹³ см^―2) находящиеся в них электроны экранируют внешнее поле. В этом случае (если заполнение и опустошение поверхностных состояний под действием поля вылетающего электрона происходит достаточно быстро) Ш. э. такой же, как и в металлах. Ш. э. имеет место и при протекании тока через контакт металл - полупроводник (см. Шотки барьер, Шотки диод).

Лит.: Schottky W., "Physikalische Zeitschrift", 1914, Bd 15, S. 872; Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Ненакаливаемые катоды, М., 1974.

Т. М. Лифшиц.

Ф э.и. - потенциальная энергия электрона в поле силы электрического изображения; еЕх - потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле; Ф - потенциальная энергия электрона вблизи поверхности металла а присутствии внешнего электрического поля: Ф_м - работа выхода металла; ∆Ф - уменьшение работы выхода под действием внешнего электрического поля; Е_F - уровень Ферми в металле; х_м - расстояние от вершины потенциального барьера до поверхности металла; штриховкой показаны заполненные электронные состояния в металле.