फोटो इलेक्ट्रॉन क्या हैं?

फोटो इलेक्ट्रॉन क्या हैं?

फोटोइलेक्ट्रॉन की परिभाषा

एक फोटोइलेक्ट्रॉन को एक सामग्री से निकलने वाला इलेक्ट्रॉन बताया जाता है जब यह प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करता है। यह उत्सर्जन प्रक्रिया फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहलाती है और यह प्रकाश और पदार्थ की क्वांटम प्रकृति के लिए महत्वपूर्ण साक्ष्य प्रदान करती है। यह लेख यह समझाएगा कि फोटोइलेक्ट्रॉन क्या हैं, वे कैसे उत्पन्न होते हैं, उनके उत्सर्जन पर प्रभाव डालने वाले कारक, और विज्ञान और प्रौद्योगिकी में उनके अनुप्रयोग।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव एक प्रक्रिया है जिसमें इलेक्ट्रॉन सामग्री से उत्सर्जित होते हैं जब उसे पर्याप्त आवृत्ति या ऊर्जा वाले प्रकाश से संपर्क में लाया जाता है। सामग्री धातु, अर्धचालक, या कोई भी सामग्री हो सकती है जिसमें स्वतंत्र या ढीले बंधित सतह इलेक्ट्रॉन हों। प्रकाश दृश्य, अल्ट्रावायलेट, या एक्स-रे हो सकता है, सामग्री के कार्य फ़ंक्शन पर निर्भर करता है।

कार्य फ़ंक्शन को सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) में मापा जाता है, यह ऊर्जा इकाई एक इलेक्ट्रॉन के एक-वोल्ट विभवांतर से गुजरने पर प्राप्त ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। कार्य फ़ंक्शन सामग्री के प्रकार और स्थिति पर निर्भर करता है, आमतौर पर धातुओं के लिए 2 से 6 eV के बीच विभिन्न होता है।

जब f आवृत्ति या λ तरंगदैर्ध्य का प्रकाश सामग्री की सतह पर प्रहार करता है, तो प्रत्येक फोटॉन (या प्रकाश का क्वांटम) E ऊर्जा ले जाता है, जो दिया जाता है

E=hf=λhc

जहाँ h प्लांक का स्थिरांक (6.626 x 10^-34 J s), और c प्रकाश की गति (3 x 10^8 m/s) है। यदि फोटॉन ऊर्जा E सामग्री के कार्य फ़ंक्शन W से बड़ी या बराबर है, तो फोटॉन अपनी ऊर्जा को सतह पर एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित कर सकता है, और इलेक्ट्रॉन कुछ गतिज ऊर्जा K के साथ सामग्री से निकल सकता है, जो दिया जाता है

K=E−W=hf−W

इस तरह उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है, और वे एक फोटोकरंट बनाते हैं जिसे बाहरी सर्किट से संपर्क करके मापा जा सकता है।

कार्य फ़ंक्शन

कार्य फ़ंक्शन सामग्री से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है, जो फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन पर प्रभाव डालता है।

तात्कालिक उत्सर्जन

फोटोइलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन तात्कालिक होता है और इस पर प्रकाश की आवृत्ति, नहीं तो इसकी तीव्रता, निर्भर करती है।

अनुप्रयोग

फोटोइलेक्ट्रिक सेल या सौर सेल: ये उपकरण हैं जो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। ये एक अर्धचालक सामग्री (जैसे सिलिकॉन) से बने होते हैं जो फोटॉन को अवशोषित करते हैं और फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हैं, जिन्हें इलेक्ट्रोड्स द्वारा एकत्रित किया जाता है और एक विद्युत धारा बनाते हैं।

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब: ये उपकरण हैं जो फोटोइलेक्ट्रॉनों से प्रहार ग्रहण करने वाले इलेक्ट्रोडों की एक श्रृंखला का उपयोग करके कम तीव्रता वाले प्रकाश के संकेत को बढ़ाते हैं। वे विकिरण, विश्लेषण, खगोल विज्ञान, और चिकित्सा छवि बनाने वाले डिटेक्टरों में उपयोग किए जाते हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी:

यह एक तकनीक है जो फोटोइलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके सामग्रियों की रासायनिक संरचना और इलेक्ट्रॉनिक संरचना का विश्लेषण करती है। इसमें एक फोटॉन की किरण (जैसे X-रे या यूवी प्रकाश) को एक नमूने पर प्रकाशित किया जाता है और उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा और कोणीय वितरण को मापा जाता है। ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत का उपयोग करके, फोटोइलेक्ट्रॉनों की बाइंडिंग ऊर्जा की गणना की जा सकती है, जो नमूने में परमाणुओं और अणुओं की ऊर्जा स्तरों को दर्शाती है। फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी नमूने के वैलेंस और कोर इलेक्ट्रॉन, अणुकीय ऑर्बिटल, रासायनिक बंध, और सतह गुणों के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती है। फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी भौतिकी, रसायन विज्ञान, जैविकी, और सामग्री विज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

सारांश

इस लेख में, हमने फोटोइलेक्ट्रॉन और उनके अनुप्रयोगों के बारे में सीखा है। फोटोइलेक्ट्रॉन ऐसे इलेक्ट्रॉन हैं जो किसी सामग्री से निकलते हैं जब वह एक निश्चित थ्रेशहोल्ड आवृत्ति से अधिक प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करती है।

फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, और यह प्रकाश और पदार्थ की क्वांटम सिद्धांत का समर्थन करता है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कुछ विशिष्ट विशेषताएं होती हैं जो प्रकाश की आवृत्ति और तीव्रता, सामग्री के कार्य फ़ंक्शन, और फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा पर निर्भर करती हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉनों का उपयोग विभिन्न फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों, जैसे एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), अल्ट्रावायलेट फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (UPS), कोण-संबद्ध फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES), दो-फोटॉन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (2PPE), और अत्यधिक-उल्ट्रावायलेट फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (EUPS) का उपयोग करके सामग्रियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और रासायनिक संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी विभिन्न अवस्थाओं में परमाणुओं और अणुओं के गुण और अंतःक्रियाओं को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है।