Ինչ են ֆոտոէլեկտրոնները

Ինչ են ֆոտոէլեկտրոնները?

Ֆոտոէլեկտրոնի սահմանումը

Ֆոտոէլեկտրոնը սահմանվում է որպես էլեկտրոն, որը թողնվում է նյութից, երբ այն կլորում է լույսի էներգիա։ Այս թողնման գործընթացը կոչվում է ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտ և այն տալիս է կենտրոնական ապացույցներ լույսի և նյութի քվանտային բնույթի մասին։ Այս հոդվածը կբացատրի, թե ինչ են ֆոտոէլեկտրոնները, ինչպես են նրանք ստեղծվում, ի՞նչ գործոններ են ազդում նրանց թողնման վրա և ինչ կիրառություններ ունեն գիտության և տեխնոլոգիայի մեջ։

Ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտ

Ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտը այն գործընթացն է, երբ էլեկտրոնները թողնվում են նյութից, երբ այն ներկայացվում է բավարար հաճախականությամբ կամ էներգիայով լույսին։ Նյութը կարող է լինել մետաղ, կիսահասարակ կամ ցանկացած նյութ ազատ կամ թույլ կապված մակերևույթային էլեկտրոններով։ Լույսը կարող է լինել երևակայան, ультрафիոլետային կամ ռենտգենային, կախված նյութի աշխատանքային ֆունկցիայից։

Աշխատանքային ֆունկցիան սահմանվում է որպես նյութի մակերևույթից էլեկտրոնը հեռացնելու նվազագույն էներգիա։ Չափվող էլեկտրոն-վոլտ միավորներով (eV), այս էներգիան նշանակում է էլեկտրոնի էներգիան, որը նա ստանում է մի վոլտ պոտենցիալ տարբերության անցնելիս։ Աշխատանքային ֆունկցիան փոփոխվում է նյութի տեսակի և վիճակի ընկալում, սովորաբար 2-6 eV տարածքում մետաղների համար։

Երբ լույսը հաճախականությամբ f կամ ալիքային երկարությամբ λ հարվածում է նյութի մակերևույթը, յուրաքանչյուր ֆոտոն (կամ լույսի քվանտ) ներկայացնում է E էներգիա, որը տրվում է

E=hf=λhc

որտեղ h-ն Պլանկի հաստատունն է (6.626 x 10^-34 J s), և c-ն լույսի արագությունն է (3 x 10^8 m/s)։ Եթե ֆոտոնի էներգիան E մեծ է կամ հավասար է նյութի W աշխատանքային ֆունկցիային, ապա ֆոտոնը կարող է տրանսֆերել իր էներգիան մակերևույթի էլեկտրոնին, և էլեկտրոնը կարող է դուրս գալ նյութից որոշ կինետիկ էներգիա K հետ, որը տրվում է

K=E−W=hf−W

Այս կերպ թողնվող էլեկտրոնները կոչվում են ֆոտոէլեկտրոններ, և նրանք ձևավորում են ֆոտոհոսային հոսանք, որը կարող է չափվել նյութը կապելով արտաքին շղթային։

Աշխատանքային ֆունկցիա

Աշխատանքային ֆունկցիան նվազագույն էներգիան է, որը անհրաժեշտ է նյութից էլեկտրոնը դուրս գալու համար, ազդեցություն ունենում է ֆոտոէլեկտրոնների թողնման վրա։

Միակնային թողնում

Ֆոտոէլեկտրոնների թողնումը միակնային է և կախված է լույսի հաճախականությունից, ոչ թե ինտենսիվությունից։

Կիրառություններ

Ֆոտոէլեկտրիկ բաժանորդներ կամ արևային էլեկտրակայաններ. Այս սարքերը կոնվերტացնում են լույսի էներգիան էլեկտրական էներգիայի օգտագործելով ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտը։ Նրանք կազմված են կիսահասարակ նյութից (օրինակ կիսալիք), որը կլորում է ֆոտոններ և թողնում ֆոտոէլեկտրոններ, որոնք հետո հավաքվում են էլեկտրոդների կողմից և ձևավորում էլեկտրական հոսանք։

Ֆոտոմնուլտիպլիկատոր խորանարդներ. Այս սարքերը միավորում են լույսի թույլ նշանները օգտագործելով հաջորդական էլեկտրոդներ, որոնք թողնում են երկրորդական էլեկտրոններ, երբ նրանք հարվածում են ֆոտոէլեկտրոններին։ Նրանք օգտագործվում են ճառագայթման դետեկտորներում, սպեկտրոսկոպիայում, աստղագիտության և բժշկական նկարագրության մեջ։

Ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա.

Սա մեթոդ է, որը օգտագործում է ֆոտոէլեկտրոններ նյութերի քիմիական կազմի և էլեկտրոնային կառուցվածքի վերլուծության համար։ Այն ներառում է ֆոտոնների փուլ (օրինակ ռենտգենային կամ ուլտրամարմնային լույս) նյութի վրա հարվածում և թողնվող ֆոտոէլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի և անկյունային բաշխման չափում։ Էներգիայի պահպանման սկզբունքի օգնությամբ հաշվարկվում է ֆոտոէլեկտրոնների կապակցման էներգիան, որը արտահայտում է ատոմների և մոլեկուլների էներգիայի մակարդակները նյութում։ Ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիան կարող է տալ տեղեկություն վալենտ և կոր էլեկտրոնների, մոլեկուլային ուղեծրերի, քիմիական կապերի և նյութերի մակերևույթային հատկությունների մասին։ Ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիան լայնորեն օգտագործվում է ֆիզիկայում, քիմիայում, կենսաբանության և նյութերի գիտության մեջ։

Համարձակություն

Այս հոդվածում մենք սովորեցինք ֆոտոէլեկտրոնների և նրանց կիրառությունների մասին։ Ֆոտոէլեկտրոնները էլեկտրոններ են, որոնք թողնվում են նյութից, երբ այն կլորում է լույսի էներգիա որոշ սահմանային հաճախականությամբ վերև։

Ֆոտոէլեկտրոնների թողնումը երևույթը կոչվում է ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտ, և այն ապացուցում է լույսի և նյութի քվանտային տեսությունը։ Ֆոտոէլեկտրիկ էֆեկտը ունի որոշ բնութագրիչ հատկություններ, որոնք կախված են լույսի հաճախականությունից և ինտենսիվությունից, նյութի աշխատանքային ֆունկցիայից և ֆոտոէլեկտրոնների կինետիկ էներգիայից։

Ֆոտոէլեկտրոնները կարող են օգտագործվել նյութերի էլեկտրոնային կառուցվածքի և քիմիական կազմի ուսումնասիրման համար օգտագործելով տարբեր ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի տեխնիկաներ, ինչպիսիք են X-ային ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (XPS), ուլտրամարմնային ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (UPS), անկյունային լուծումով ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (ARPES), երկու ֆոտոնային ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (2PPE) և էքստրեմալուսային ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (EUPS)։

Ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիան կարևոր գործիք է ատոմների և մոլեկուլների հատկությունների և նրանց փոխազդեցության հասկացման համար տարբեր նյութերի վիճակներում։