რით არის ფოტოელექტრონები?

რა არის ფოტოელექტრონები?

ფოტოელექტრონის განმარტება

ფოტოელექტრონი არის ელექტრონი, რომელიც გადის მასალიდან, როდესაც ის ასუბობს სინათლის ენერგიას. ამ გადატაცების პროცესს უწოდებენ ფოტოელექტრონულ ეფექტს და ის წარმოადგენს სინათლისა და მასის კვანტური ხაზგასმის კლუსივით დამატებით დამტკიცებას. ამ სტატიაში განვიხილავთ, რა არის ფოტოელექტრონები, როგორ იღება ისინი, რა ფაქტორები გავლენას ახდენენ მათ გადატაცებაზე და როგორ გამოიყენება მათ მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში.

ფოტოელექტრონული ეფექტი

ფოტოელექტრონული ეფექტი არის პროცესი, როდესაც ელექტრონები გადის მასალიდან, როდესაც ის აღერთება სინათლით საკმარისი სიხშირით ან ენერგიით. მასალა შეიძლება იყოს მეტალი, ნახევარმეტალი ან ნებისმიერი სახელმძღვანელო თავისუფალი ან ნაკლებად დაკავშირებული ზედაპირული ელექტრონებით. სინათლე შეიძლება იყოს ხედად, ულტრაფიოლეტური ან რენტგენი, რითაც დეტერმინირებულია მასალის სამუშაო ფუნქცია.

სამუშაო ფუნქცია განისაზღვრება როგორც მინიმალური ენერგია, რომელიც სჭირდება ელექტრონის გადატაცებას მასალის ზედაპირიდან. ეს ენერგია იზოლირებულია ელექტრონულ ვოლტებში (ევ), რომელიც წარმოადგენს ენერგიას, რომელიც მიიღებს ელექტრონი მიმართული ერთი ვოლტის პოტენციალურ განსხვავებაში. სამუშაო ფუნქცია ცვლის მასალის ტიპისა და მდგომარეობის მიხედვით, ჩვეულებრივ იცვლება 2-დან 6 ევ-მდე მეტალებისთვის.

როდესაც სინათლე სიხშირით f ან სიგრძეში λ დაეხმარება მასალის ზედაპირს, თითოეული ფოტონი (ან სინათლის კვანტი) აქვს ენერგია E, რომელიც განისაზღვრება ფორმულით

E=hf=λhc

სადაც h არის პლანკის მუდმივა (6.626 x 10^-34 J s), ხოლო c არის სინათლის სიჩქარე (3 x 10^8 m/s). თუ ფოტონის ენერგია E არის უდრის ან უფრო დიდი მასალის სამუშაო ფუნქციაზე W, მაშინ ფოტონი შეძლის ენერგიის გადაცემა ზედაპირის ელექტრონს, და ელექტრონი შეძლის გადატაცება მასალიდან რაღაც კინეტიური ენერგიით K, რომელიც განისაზღვრება ფორმულით

K=E−W=hf−W

ასე გადატაცებული ელექტრონები უწოდებენ ფოტოელექტრონებს და ისინი ქმნიან ფოტოელექტრონულ დენს, რომელიც შეიძლება იზოლირდეს მასალის დაკავშირებით გარე ცირკუიტთან.

სამუშაო ფუნქცია

სამუშაო ფუნქცია არის მინიმალური ენერგია, რომელიც სჭირდება ელექტრონის გადატაცებას მასალიდან, რაც არის ფოტოელექტრონული გადატაცების ფაქტორი.

მყისიერი გადატაცება

ფოტოელექტრონების გადატაცება არის მყისიერი და დეპენდირებს სინათლის სიხშირეზე, არა მის ინტენსივობაზე.

გამოყენება

ფოტოელექტრონული უჯრები ან სოლარული უჯრები: ეს არის მოწყობილობები, რომლებიც აქცევენ სინათლის ენერგიას ელექტროენერგიაში ფოტოელექტრონული ეფექტის გამოყენებით. ისინი შედგებიან ნახევარმეტალური მასალისგან (როგორიცაა სილიკონი), რომელიც ასუბობს ფოტონებს და გადის ფოტოელექტრონებს, რომლებიც შემდეგ იკრებენ ელექტროდებით და ქმნიან ელექტროდენს.

ფოტომულტიპლიკატორული ტუბები: ეს არის მოწყობილობები, რომლებიც ამრავლებენ სინათლის სიმძლავრეს ფოტოელექტრონების დატაცებით და სეკუნდარული ელექტრონების გადატაცებით. ისინი გამოიყენება რადიაციის, სპექტროსკოპიის, ასტრონომიის და მედიცინური იმაჟინგის დეტექტორებში.

ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია:

ეს არის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენებს ფოტოელექტრონებს მასალების ქიმიური შემადგენლობისა და ელექტრონული სტრუქტურის ანალიზისთვის. ეს ინვოლვირებს ფოტონების ბიუმის მიმართულებას (როგორიცაა X-სხივები ან UV სინათლე) ნიმუშზე და გამოსავლის ფოტოელექტრონების კინეტიური ენერგიისა და კუთხური განაწილების მიმართულებას. ენერგიის შენარჩუნების პრინციპის გამოყენებით შეიძლება გამოითვალოს ფოტოელექტრონების შესაბამისი ენერგია, რომელიც არის ატომებისა და მოლეკულების ენერგიის სიმაღლეების რეფლექსია ნიმუშში. ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია შეიძლება გამოსავალი იყოს ვალენტური და კორი ელექტრონების, მოლეკულური ორბიტალების, ქიმიური ბონდების და მასალების ზედაპირული თვისებების შესახებ. ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია ფართოდ გამოიყენება ფიზიკაში, ქიმიაში, ბიოლოგიაში და მასალების მეცნიერებაში.

შეჯამება

ამ სტატიაში ჩვენ განვიხილეთ ფოტოელექტრონები და მათ გამოყენება. ფოტოელექტრონები არიან ელექტრონები, რომლებიც გადის მასალიდან, როდესაც ის ასუბობს სინათლის ენერგიას რაღაც თავდაპირველ სიხშირეზე.

ფოტოელექტრონული გადატაცების ფენომენი ცნობილია როგორც ფოტოელექტრონული ეფექტი და ის არის სინათლისა და მასის კვანტური თეორიის დამტკიცება. ფოტოელექტრონული ეფექტი აქვს რამდენიმე ხასიათებას, რომლებიც დეპენდირებენ სინათლის სიხშირეზე და ინტენსივობაზე, მასალის სამუშაო ფუნქციაზე და ფოტოელექტრონის კინეტიურ ენერგიაზე.

ფოტოელექტრონები შეიძლება გამოიყენოს მასალების ელექტრონული სტრუქტურისა და ქიმიური შემადგენლობის შესასწავლად ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის სხვადასხვა ტექნიკების გამოყენებით, როგორიცაა X-სხივის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (XPS), ულტრაფიოლეტის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (UPS), კუთხური განაწილების ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (ARPES), ორი ფოტონის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (2PPE) და ექსტრემალური ულტრაფიოლეტის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (EUPS).

ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია არის მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი ატომებისა და მოლეკულების თვისებებისა და ინტერაქციების შესასწავლად სხვადასხვა მასის მდგომარეობებში.