Mis on fotoelendid

Mida on fotoneid?

Fotoneide definitsioon

Fotoneit defineeritakse kui elektronit, mida materjal väljaheitab, kui see absorbeerib valguse energia. See heitmine on teada kui fotoelektriline efekt ja see annab olulise tõendi valguse ja aine kvantliku loomuse kohta. Selles artiklis selgitatakse, mis on fotoneid, kuidas neid toodetakse, millised tegurid nende heitmisel mõjutavad ning nende rakendused teaduses ja tehnoloogias.

Fotoelektriline efekt

Fotoelektriline efekt on protsess, kus materjalist väljaheitakse elektronid, kui see on alti piisavalt kõrge sagedusega või energiaga valgusele. Materjal võib olla metall, pooljuht või ükskõik milline aine, millel on vabad või vaba liikuvalt sidunud pinnaselektronid. Valgus võib olla nähtav, ultraviolettkiirgeline või röntgenkiirgeline, sõltuvalt materjali tööfunktsioonist.

Tööfunktsioon defineeritakse kui minimaalne energia, mida vajatakse elektroni eemaldamiseks materjali pinnast. See mõõdetakse elektronvoltides (eV), mis on energiaühik, mis esindab elektroni saavutatavat energiat, kui see liigub ühe-voltti potentsiaalsuhete läbi. Tööfunktsioon varieerub materjali tüübiga ja tingimustega, tavaliselt ulatudes 2 kuni 6 eV metallide puhul.

Kui sagedusega f või lainepikkusega λ valgus tabab materjali pinda, siis iga foton (või valguse kvant) kandab energiat E, mida kirjeldab valem

E=hf=λhc

kus h on Plancki konstant (6.626 x 10^-34 J s) ja c on valguse kiirus (3 x 10^8 m/s). Kui fotoni energia E on suurem või võrdne materjali tööfunktsiooniga W, siis foton võib oma energiat edasi anda pinnasel olevale elektronile, ja elektron võib materjalist põgeneda mingi kinetilise energiaga K, mida kirjeldab valem

K=E−W=hf−W

Nii väljaheitatud elektronid nimetatakse fotoneideks, ja nad moodustavad fotoelektri, mida saab mõõta, ühendades materjali välinele tsirkuitile.

Tööfunktsioon

Tööfunktsioon on minimaalne energia, mida vajatakse elektroni eemaldamiseks materjalist, millel mõjuvad fotoelektrite heitmine.

Päris hetkeline heitmine

Fotoelektrite heitmine on päris hetkeline ja sõltub valguse sagedusest, mitte intensiivist.

Rakendused

Fotoelektrilised akud või päikesepanekud: Need on seadmed, mis teisendavad valguseenergiat elektrivooluks fotoelektrilise efekti kasutades. Nad koosnevad pooljuhtivast materjalist (nagu silitsium), mis absorbeerib fotonid ja väljaheitab fotoelektrid, mida siis koguvad elektrodid ja moodustavad elektrivoolu.

Fotokoostundid: Need on seadmed, mis tugevdavad nõrgaid valgussignale, kasutades sarja elektroode, mis väljaheitavad sekundaarseid elektrone, kui need on tabatud fotoelektridega. Neid kasutatakse detektorites radiatsiooni, spektroskoopia, astronoomia ja meditsiinilise imagina kasutamiseks.

Fotoelektriline spektroskoopia:

See on meetod, mis kasutab fotoelektrid, et analüüsida materjalide keemilist koostist ja elektronilist struktuuri. See hõlmab fotonide (nagu rentgenkiirgeline või UV-valgus) sädelemist näidisele ja väljaheitatud fotoelektride kinetilise energiatega ja nende nurkliku jaotuse mõõtmist. Energia säilitamise printsiibi abil saab arvutada fotoelektrite sidumisenergia, mis mõjutab aatomite ja molekulide energiatasemeid näidises. Fotoelektriline spektroskoopia annab teavet valents- ja tuuma-elektronide, molekulide orbiitaalide, keemiliste sideid ja materjalide pinnaomaduste kohta. Fotoelektrilist spektroskoopia laialdaselt kasutatakse füüsikas, keemias, bioloogias ja materjaliteadustes.

Kokkuvõte

Selles artiklis õppisime fotoelektridest ja nende rakendustest. Fotoelektrid on elektronid, mida materjal väljaheitab, kui see absorbeerib valguseenergiat teatud künnispunktis.

Fotoelektride heitmise fenomen on teada fotoelektrilise efektina, mis toetab valguse ja aine kvantlikku teooriat. Fotoelektriline efekt omab mõnda karakteristikset omadust, mis sõltuvad valguse sagedusest ja intensiivist, materjali tööfunktsioonist ja fotoelektri kinetilisest energiast.

Fotoelektrid saavad kasutada materjalide elektronilise struktuuri ja keemilise koostise uurimiseks erinevate fotoelektriliste spektroskoopia meetodite abil, nagu rentgenfotoelektriline spektroskoopia (XPS), ultraviolettfotoelektriline spektroskoopia (UPS), nurklik fotoelektriline spektroskoopia (ARPES), kahekordne fotoelektriline spektroskoopia (2PPE) ja äärmiselt ultraviolettfotoelektriline spektroskoopia (EUPS).

Fotoelektriline spektroskoopia on oluline tööriist, et mõista aatomide ja molekulide omadusi ja nende suhteid erinevates olekutes.