Исследователи из Канады с помощью расчетов показали взаимосвязь между механическими свойствами металлов и проявляющимися для этих металлов функциями работы выхода электрона.
Механические свойства материала важны – как для получения новых фундаментальных знаний о материале, так и для разработки новых типов материалов с улучшенными свойствами. Уже многие исследователи пытались использовать законы квантовой механики и расчеты для определения взаимосвязи поведения электронов в металле и макроскопическими свойствами этого металла, однако существующие в настоящее время теоретические модели практически невозможно применять на практике.
Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, DOI: 10.1039/c5cp04873g
Поняв необходимость разработки нового подхода к предсказанию механических свойств металлов, Донгян Ли (Dongyang Li) с соавторами из Университета Альберты изучили, каким образом работы выхода электрона (разница между минимальной энергией, которую необходимо сообщить электрону для его «непосредственного» удаления из объёма металла, и энергией Ферми) связана с ковкостью переходного металла и его устойчивостью на излом.
В своей последней работе, изучающей взаимосвязь между свойствами материала и работой выхода электрона Ли обнаружил, что при критическом значении работы выхода в 4.6 эВ наблюдается максимальная прочность материала. Ли поясняет, что в данной работе прочность рассматривается как мера энергии, которую образец металла может поглотить перед разрушением при оптимальном сочетании ковкости и прочности. Поскольку, как правило, прочность материала увеличивается за счет понижения ковкости, а более высокая работа выхода электрона соответствует более высокой прочности, критическим для металла электронным параметром является работа выхода в 4.6 эВ.
Однако далеко не каждый согласен с тем, что работа выхода электрона и связанные с ней функции могут предоставить столь надежную информацию о механических свойствах материала. Арон Уолш (Aron Walsh), материаловед-теоретик из Университета Бата отмечает, что работы выхода электрона могут изменяться в зависимости от типа поверхности металла, поскольку для ровных и дефектных поверхностей могут проявляться различные величины электростатических эффектов, определяющих, в свою очередь, энергию выхода электрона. Ли признает, что тип поверхности действительно влияет на энергию выхода электрона, однако возражает, что это отражает взаимодействие атомов на фундаментальном уровне, характеризует прочность связи и, таким образом, влияет на макроскопические свойства.
В перспективе Ли планирует найти взаимосвязь между функциями работы выхода электронов и другими свойствами металлов, а также распространить результаты проведенной работы на многофазные материалы.
