仕事関数
飛び出す電子はいろいろなエネルギー準位から出てくるが、仕事関数は定義によりその中で最小のものとなる。従って真空準位とフェルミ準位 (T = 0 K) との差が仕事関数となる。表面の電子状態がバンドギャップを持つ場合は、バンドギャップ中にあるフェルミ準位と真空準位とのエネルギー差が仕事関数となる。
真空準位は常にフェルミ準位より高いところにある。真空準位がフェルミ準位より低くなること(つまり負の仕事関数)は、表面から(何の励起もなく)自発的に電子が出て行くことになりあり得ない。
金属元素表面での仕事関数の値は、およそ2–6 eV程度である。金属単体として最も仕事関数が小さいのはセシウムで、1.93 eVである。
仕事関数の値は、表面における原子の種類、面の方位や、構造、或いは他の原子が吸着していることなどに強く依存する。これは別の言い方をすれば、仕事関数は表面の電子状態に強く依存している量である。その意味で、仕事関数は表面の研究において非常に重要な物理量の一つである。
実験的には、ケルビン法(振動容量法)、熱電子放出や光電子放出実験などで測定される。
ポーリングの電気陰性度を χ とすると、いろいろな単体元素表面の仕事関数と χ には次のような相関関係がある(単位はeV)。
W = 2.27 χ + 0.34 {\displaystyle W=\,2.27\chi +0.34}
勿論、実際の値にはばらつきがあり、上式にあまり当てはまらないものもある。