Mitä ovat valofotoneille ominaiset elektronit

Mitä ovat valokuvaiset elektronit?

Valokuvainen elektronin määritelmä

Valokuvaiseksi elektroniksi kutsutaan sähköntä, joka vapautuu materiaalista, kun se nabsorboi valoenergiaa. Tämä vapautumisprosessi on nimeltään valokuvainen vaikutus, ja se tarjoaa keskeistä näyttöä valon ja aineen kvanttimekaniikan luonteelle. Tässä artikkelissa selitetään, mitä valokuvaiset elektronit ovat, miten ne syntyvät, mitkä tekijät vaikuttavat niiden vapautumiseen sekä niiden sovellukset tieteessä ja teknologiassa.

Valokuvainen vaikutus

Valokuvainen vaikutus on prosessi, jossa elektronit vapautuvat materiaalista, kun sitä paikkaavat riittävän suurta taajuutta tai energiaa omaava valo. Materiaali voi olla metalli, puolijohto tai mikä tahansa aine, jolla on vapaita tai vapaasti sidottuja pinnaselektroneja. Valo voi olla näkyvää, ultraviolettia tai röntgenvaloa, riippuen materiaalin työfunktiosta.

Työfunktio määritellään pienimmäksi energiaksi, jota tarvitaan elektronin vapauttamiseksi materiaalin pinnalta. Työfunktio mitataan elektronivoltteina (eV), joka on yksikkö, joka ilmaisee sähköntä kulkevan yhden voltin potentiaaliero läpi saaman energian. Työfunktio vaihtelee materiaalin tyypin ja tilan mukaan, ja metalleilla se on yleensä välillä 2-6 eV.

Kun valo, jonka taajuus on f tai aallonpituus λ, osuu materiaalin pintaan, jokainen fotoni (tai valon kvanti) kuljettaa energiaa E, joka on annettu kaavalla

E=hf=λhc

missä h on Planckin vakio (6.626 x 10^-34 J s), ja c on valon nopeus (3 x 10^8 m/s). Jos fotonin energia E on suurempi tai yhtä suuri kuin materiaalin työfunktio W, fotonin voidaan siirtää sen energia elektronille pinnalla, ja elektroni voi päästä pois materiaalista jollakin kinettisellä energialla K, joka on annettu kaavalla

K=E−W=hf−W

Tällä tavoin vapautuneita elektronit kutsutaan valokuvaisiksi elektroniksi, ja ne muodostavat valokuvaisen sähkövirran, jota voidaan mitata yhdistämällä materiaali ulkoiseen piiriin.

Työfunktio

Työfunktio on pienin energia, jota tarvitaan elektronin vapauttamiseksi materiaalista, ja se vaikuttaa valokuvaisen elektronin vapautumiseen.

Vuorovaikutuksen hetkellisyys

Valokuvaisen elektronin vapautuminen on välitön ja riippuu valon taajuudesta, ei sen intensiteetistä.

Sovellukset

Valokuvaiset solut tai aurinkosolut: Nämä ovat laitteita, jotka muuntavat valoenergian sähköenergiaksi käyttäen valokuvaisen vaikutuksen. Ne koostuvat puolijohtomateriaalista (esimerkiksi silikaasta), joka absorboi fotonit ja vapauttaa valokuvaisia elekronit, jotka kerätään sitten elektrodeilla ja muodostavat sähkövirran.

Fotomultiplikerit: Nämä ovat laitteita, jotka voimistavat heikkoja valosignaaleja käyttäen sarjaa elektrodeita, jotka vapauttavat toissijaisia elektronit, kun ne osutaan valokuvaisiksi elektronit. Niitä käytetään säteilydetektoreissa, spektroskopissa, tähtitieteessä ja lääketieteessä.

Valokuvainen spektroskopia:

Tämä on tekniiikka, joka käyttää valokuvaisia elektronit aineen kemiallisen koostumuksen ja elektronisen rakenteen analysointiin. Se sisältää fotonien (kuten röntgenvalon tai UV-valon) säteen laskemisen näyteeseen ja vapautuneiden valokuvaisen elektronien kinettisen energian ja kulmakuilujakauman mittaamisen. Energian säilymisprinipin avulla voidaan laskea valokuvaisen elektronien sidonteen energia, joka heijastaa atomeiden ja molekyylien energiatasoja näytteessä. Valokuvainen spektroskopia voi antaa tietoa valence- ja ydinselektronien, molekulaaristen orbiittien, kemiallisten siteiden ja aineen pintomerkityksistä. Valokuvainen spektroskopia on laajasti käytetty fysiikassa, kemiassa, biologiassa ja materiaalitieteessä.

Yhteenveto

Tässä artikkelissa olemme oppineet valokuvaisista elektronista ja niiden sovelluksista. Valokuvaiset elektronit ovat elektronit, jotka vapautuvat materiaalista, kun se absorboi valoenergiaa yli tietyltä kynnysarvolta.

Valokuvainen elektronien vapautuminen on tunnettu valokuvaisena vaikutuksena, ja se tukee valon ja aineen kvanttimekaniikan teoriaa. Valokuvainen vaikutus on joitakin ominaispiirteitä, jotka riippuvat valon taajuudesta ja intensiteetistä, materiaalin työfunktiosta ja valokuvaisen elektronin kinettisestä energiasta.

Valokuvaisia elektronit voidaan käyttää aineen elektronisen rakenteen ja kemiallisen koostumuksen tutkimiseen eri valokuvaisen spektroskopian tekniikoilla, kuten röntgenvalokuvaisessa spektroskopiassa (XPS), ultraviolettivalokuvaisessa spektroskopiassa (UPS), kulmakuvakuvaisessa spektroskopiassa (ARPES), kaksifotoninen valokuvainen spektroskopia (2PPE) ja äärimmäisen ultraviolettivalokuvainen spektroskopia (EUPS).

Valokuvainen spektroskopia on tärkeä työkalu aineiden ominaisuuksien ja vuorovaikutusten ymmärtämisessä eri aineenvaiheissa.