Kio estas Fotoelektronoj?
Kio estas fotoelektronoj?
Difino de fotoelektrono
Fotoelektrono estas elektrono eldonita el materialo kiam ĝi absorbas lumenergion. Tiu emisaproceso nomiĝas fotoelektra efekto kaj ĝi pruvas la kvantecan naturon de lumo kaj matro. Ĉi tiu artikolo klarigos kion fotoelektronoj estas, kiel ili produktiĝas, faktoroj afektantaj ilian emadon, kaj iliajn aplikojn en scienco kaj teknologio.
Fotoelektra Efekto
La fotoelektra efekto estas procezo en kiu elektronoj eldoniĝas el materialo kiam ĝi estas esponata al lumo de sufiĉa frekvenco aŭ energio. La materialo povas esti metalo, duonkondukanto, aŭ iu ajn substanco kun libera aŭ malstrikte ligitaj surfacaj elektronoj. La lumo povas esti videbla, ultravioleta, aŭ röntgena, depende de la laborfunkcio de la materialo.
La laborfunkcio estas difinita kiel la minimuma energio bezonata por forigi elektronon el la surfaco de materialo. Mezurita en elektronvoltoj (eV), tio estas unuo de energio reprezentanta la energion akiritan per elektrono moviĝanta tra unu-volta potenciala diferenco. La laborfunkcio varias je tipo kaj stato de la materialo, kutime inter 2 kaj 6 eV por metaloj.
Kiam lumo de frekvenco f aŭ longo de ondo λ frapas la surfacon de materialo, ĉiu fotono (aŭ kvanto de lumo) portas energion E donitan per
E=hf=λhc
kie h estas la konstanto de Planck (6.626 x 10^-34 J s), kaj c estas la rapido de lumo (3 x 10^8 m/s). Se la fotona energio E estas pli granda aŭ egala al la laborfunkcio W de la materialo, tiam la fotono povas transdoni sian energion al elektrono sur la surfaco, kaj la elektrono povas foriri el la materialo kun iu kineta energio K donita per
K=E−W=hf−W
La elektronoj kiuj eldoniĝas en tiu maniero nomiĝas fotoelektronoj, kaj ili formadas fotostrumon, kiun oni povas mezuri konektante la materialon al ekstera cirkvito.
Laborfunkcio
La laborfunkcio estas la minimuma energio bezonata por forigi elektronon el materialo, afektanta la emadon de fotoelektronoj.
Instanta Emado
La emado de fotoelektronoj estas instanta kaj dependas de la frekvenco de la lumo, ne de sia intensivo.
Aplikoj
Fotoelektraj celuloj aŭ sunceluloj: Tiuj estas aparatoj, kiuj konvertas lumenergion en elektricenergion uzante la fotoelektran efekton. Ili konsistas el duonkonduktanta materialo (kiel silicio) kiu absorbas fotonojn kaj eldonas fotoelektronojn, kiuj poste kolektiĝas per elektrodoj kaj formadas elektrian strumon.
Fotomultiplikiloj: Tiuj estas aparatoj, kiuj amplifas malfortajn signalojn de lumo uzante serion de elektrodoj, kiuj emas sekundarajn elektronojn kiam ili estas frapitaj de fotoelektronoj. Ili estas uzataj en detektiloj por radiado, spektroskopio, astronomio, kaj medicina bildigo.
Fotoelektra spektroskopio:
Tio estas tekniko, kiu uzas fotoelektronojn por analizi la kemia kompozicio kaj elektronika strukturo de materialoj. Ĝi enkalkulas briligi streceton de fotonoj (kiel röntgena aŭ UV lumo) sur specimenon kaj mezuri la kinetan energion kaj angulan distribuon de la emititaj fotoelektronoj. Uzante la principon de konservado de energio, la binda energio de la fotoelektronoj povas esti kalkulita, kiu reflektas la energi-nivelojn de la atomoj kaj molekuloj en la specimeno. Fotoelektra spektroskopio povas provizi informojn pri la valentaj kaj kernaj elektronoj, la molekulaj orbitaloj, la kemiaj ligoj, kaj la surfaca ecoj de materialoj. Fotoelektra spektroskopio estas vaste uzata en fiziko, kemio, biologio, kaj materiala scienco.
Resumo
En ĉi tiu artikolo, ni lernis pri fotoelektronoj kaj iliaj aplikoj. Fotoelektronoj estas elektronoj, kiuj eldoniĝas el materialo kiam ĝi absorbas lumenergion super certa limfrekvenco.
La fenomeno de fotoelektrona emado estas konata kiel fotoelektra efekto, kaj ĝi subtenas la kvantecan teorion de lumo kaj matro. La fotoelektra efekto havas kelkajn karakterizajn trajtojn, kiuj dependas de la frekvenco kaj intensivo de la lumo, la laborfunkcio de la materialo, kaj la kineta energio de la fotoelektrono.
Fotoelektronoj povas esti uzitaj por studi la elektronikan strukturon kaj keman kompozicion de materialoj uzante diversajn teknikojn de fotoelektra spektroskopio, kiel röntgena fotoelektra spektroskopio (XPS), ultraviolea fotoelektra spektroskopio (UPS), angulo-rezolita fotoelektra spektroskopio (ARPES), du-fotona fotoelektra spektroskopio (2PPE), kaj ekstreme-ultraviolea fotoelektra spektroskopio (EUPS).
Fotoelektra spektroskopio estas grava ilo por kompreni la ecojn kaj interagojn de atomoj kaj molekuloj en diversaj ŝtatoj de matro.
