多晶表面原子台阶无序导致空间非均匀功函数

结构无序导致材料表面电子性质（例如功函数（$\phi$））在空间上变化，然而难以证明其与底层系综无序（例如粗糙度或颗粒性）的确切因果关系。对于多晶Pt，纳米尺度分辨率光发射阈值映射揭示，在通过溅射沉积和退火制备的（111）织构邻位晶粒表面分布上，存在空间变化的$\phi= 5.70\pm 0.03$~eV。关于场发射及相关现象（例如真空电弧引发），$\phi$分布的一个显著特征是它呈偏态，并具有延伸至低至5.4 eV（即远低于均值）的长尾，通过Fowler-Nordheim关系这对场发射具有指数级影响。我们表明，$\phi$的空间变化与分布可由颗粒倾角和表面坡度的系综变化解释，基于Smoluchowski平滑模型，其中局域$\phi$变化源于空间变化的电偶极矩密度，后者内禀于原子台阶，并局域地修正$\phi$。借助扫描隧道显微镜（STM）在我们表面的若干位置确认了原子台阶-平台结构，且先前工作展示了多种金属表面存在原子台阶偶极子的STM证据。由我们的模型，我们得到原子台阶边缘偶极矩$\mu=0.12$ D/边缘原子，与其他方法和材料的研究报道值相当。我们的结果阐明了宏观$\phi$与纳米结构之间的联系，这可能有助于解释Pt及其他表面报道$\phi$的分散，并可能有助于在场发射及其他相关真空电子现象（例如电弧引发）模型中更完整地描述多晶金属。