Разные металлы обладают различными значениями работы выхода. Сплавы металлов между собой и с элементами-неметаллами характеризуются своими значениями ср. Более того, для одного и того же металла величина ср весьма существенно различается, если эмитирующими поверхностями являются разные кристаллографические плоскости (грани).

Отметим также, что, говоря выше о полупроводниковых материалах, мы до сих пор имели в виду лишь их «чистые» представители – в первую очередь германий и кремний. На самом же деле огромный класс таких материалов составляют различные сплавы.

Так, существуют элементы, введение небольших добавок которых приводит к появлению зоны дополнительных (разрешенных) свободных уровней вблизи валентной зоны; в результате становятся возможными переходы электронов с уровней валентной зоны на эти новые уровни, т. е. материал превращается в проводник. Указанные дополнительные незаполненные уровни принято называть дырками, примеси, приводящие к их появлению,- акцепторами (или акцепторными), возникающую электрическую проводимость – дырочной, Е- а сам материал в таком состоянии – полупроводником р-типа.

Итак, металл – это заполненная ионами кристаллическая решетка плюс система свободных электронов – электронный газ. Согласно фундаментальному принципу запрета Паули, в этой системе не может присутствовать более двух электронов с одинаковой энергией, причем такие два электрона также будут различаться между собой знаком одного из квантовых чисел (ms – направлением спина – параметра, характеризующего некоторое состояние элементарных частиц). Энергия, которой могут обладать в металле свободные электроны, имеет строго определенный спектр: допустимые значения энергий Е назовем энергетическими уровнями и представим себе систему свободных электронов в металле (это и будет нашей житейской аналогией) в виде некоторой системы расположенных друг над другом «полочек» – энергетических уровней . Каждой «полочке» соответствует свое разрешенное законами квантовой механики значение энергии находящегося на пей электрона – тем большее, чем она выше.

Так, было выяснено, что проводимость металлов заметно повышается при снижении их температуры (т. е. при уменьшении амплитуды колебаний атомов вблизи занимаемых ими узлов кристаллической решетки); плохо проводят электричество неупорядоченные структуры, сплавы, жидкие металлы; в изоляторах тоже есть свободные электроны, однако они почему-то не приобретают подвижность в электрических полях. Объяснить эти и другие экспериментальные открытия в области электрических явлений с позиций привычных представлений о движении электронов-частиц сквозь кристаллическую решетку не удается.

Рассмотрим теперь (по возможности кратко) важнейшие физические свойства металлов, чтобы лучше понять, почему многие дефекты кристаллического строения столь сильно на них влияют. Остановимся прежде всего на электропроводности – одном из отличительных свойств металлов, можно сказать, их качестве.

Типичный пример диаграммы состояния сплава двух металлов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии, а (по горизонтальной оси отложено процентное содержание в сплаве того и другого компонента, по вертикальной – температура). С ее помощью можно установить фазовые переходы сплава металлов Мех и Ме2 любого (например, х) состава в зависимости от температуры.

Основой для успешного решения этой задачи является детальная информация о взаимодействии различных веществ, структуре сплавов, связи их разнообразных свойств с составом и степенью совершенства кристаллической решетки. По типу и связанной с ним структуре все сплавы металлов можно разделить на три группы.