論文の概要: A numerical and efficient model for thermo-field electron emission calculations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.07013v1
• Date: Sun, 04 Oct 2026 14:04:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 02:58:29.506423
• Title: A numerical and efficient model for thermo-field electron emission calculations
• Title（参考訳）: 熱電界電子放出計算の数値的・効率的なモデル
• Abstract要約: 本稿では,Fowler-Nordheim 方程式と Murphy-Good 方程式をシュルディンガー方程式 (1D-TISE) の直接数値解で置き換えるオープンソースコード GETELEC-3 を提案する。 コードは金属や半導体向けに開発され、任意のポテンシャルと状態密度を受け入れ、ユーザフレンドリーなインターフェースとコンパイル可能な実行環境を備える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: As electron sources are reduced in size, fabricated in new materials, or pushed for performance, the analytical formulations for thermo-field electron emission, namely Fowler-Nordheim and Murphy-Good equations and their JWKB-based extensions, are increasingly applied out of the range of conditions for which they were derived. We present GETELEC-3, an open-source code that replaces them with a direct numerical solution of the one-dimensional time-independent Schrödinger equation (1D-TISE). Several methods to solve the 1D-TISE have been implemented to test for speed, robustness, and solution's uncertainty. The Noumerov algorithm is found to be quickest, with the solution uncertainty below 1%, and together with an optimised kernel that advances all electron energies in parallel, the cost of calculating the current density is reduced to a few milliseconds - comparable to the JWKB evaluation. To further boost the calculation speed, especially in complicated barriers, a neural network has been trained on the residual of the logarithm of the semiclassical reference and it reproduces the current density better than 0.4% at a fraction of the computational cost. The code is developed for metals and semiconductors, accepts arbitrary potentials and density of states, and comes with a user-friendly interface and compiled executable to democratise rigorous electron emission calculations and data analysis.
• Abstract（参考訳）: 電子源のサイズが小さくなり、新しい材料で製造されるか、あるいは性能が向上するにつれて、Fowler-NordheimとMurphy-Goodの方程式とJWKBベースの拡張という熱電界電子放出の解析的な定式化は、それらが導出された条件の範囲から徐々に適用されるようになった。 本稿では,一次元時間独立シュレーディンガー方程式 (1D-TISE) の直接数値解に置き換えるオープンソースコードであるGETELEC-3を提案する。 1D-TISEを解くためのいくつかの方法が、速度、堅牢性、および解の不確実性をテストするために実装されている。 ノーメロフアルゴリズムは、解の不確実性が1%未満で、全ての電子エネルギーを並列に進行させる最適化されたカーネルとともに、電流密度を計算するコストは、JWKB評価に匹敵する数ミリ秒に削減される。 計算速度をさらに向上させるため、特に複雑な障壁において、ニューラルネットワークは半古典的基準の対数残差について訓練され、計算コストのごく一部で0.4%以上の電流密度を再現する。 このコードは金属や半導体向けに開発され、任意のポテンシャルと状態の密度を受け入れ、ユーザフレンドリーなインターフェースと、厳密な電子放出計算とデータ解析を民主化するためのコンパイル可能な実行環境を備える。

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