Vakuumniveau

Das Vakuumniveau ist die potentielle Energie eines Teilchens in einem Feld, das sich im Vakuum befindet. Für geladene Teilchen im elektrischen Feld ist es gleich dem Produkt des elektrostatischen Potentials im Vakuum mit der elektrischen Ladung des Teilchens.

In der Atomphysik dient das Vakuumniveau als Bezugsniveau für die Angabe der Bindungsenergien der Elektronen; die Bindungsenergie ist demnach die minimal nötige Energie, um ein Elektron von seinem gebundenen Zustand aus dem Atom oder Molekül auf das Vakuumniveau (d. h. in das Vakuum) zu bringen. Erhält das Elektron mehr Energie, bekommt es zusätzlich kinetische Energie.

Bei elektrisch leitenden Festkörpern, z. B. Metallen, ist die Austrittsarbeit der Unterschied zwischen Vakuumniveau und Fermienergie. Die Fermienergie wird meist durch einen elektrischen Kontakt festgelegt; dadurch ergibt sich das Vakuumniveau.

Wenn der Raum frei von elektrischen Feldern ist, so ist das elektrostatische Potential und somit das Vakuumniveau räumlich konstant. Hingegen ergibt sich aus räumlichen Unterschieden des Vakuumniveaus ein Gradient des elektrostatischen Potentials und somit ein elektrisches Feld. Daraus folgt auch, dass zwischen zwei miteinander verbundenen leitfähigen Körpern ein elektrisches Feld auftritt, wenn diese unterschiedliche Austrittsarbeiten haben. Dieses Phänomen wurde früher mit dem Begriff Kontaktspannung oder Kontaktpotential beschrieben.

Literatur

• Yu, P. Y., Cardona, M.: Fundamentals of Semiconductors, 1st edition, Springer 1996, ISBN 3-540-61461-3, S. 426