ಫೋಟೋ ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಎಂತೆಯೆಂದು?

फोटो इलेक्ट्रॉन्स क्या हैं?

फोटोइलेक्ट्रॉन की परिभाषा

फोटोइलेक्ट्रॉन की परिभाषा एक ऐसा इलेक्ट्रॉन है जो किसी सामग्री में प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण के बाद निकलता 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 करने वाले कारक, और विज्ञान और प्रौद्योगिकी में उनके अनुप्रयोग।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

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

कार्य फ़ंक्शन की परिभाषा सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है। इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) में मापा जाता है, यह ऊर्जा इकाई एक इलेक्ट्रॉन को एक वोल्ट के 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 होता है।

जब f आवृत्ति या λ तरंगदैर्घ्य वाला प्रकाश किसी सामग्री की सतह पर प्रहार करता है, तो प्रत्येक फोटॉन (या प्रकाश का क्वांटम) E ऊर्जा लेता 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 बराबर या अधिक 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 बाहर 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 सामग्री को बाहरी सर्किट से जोड़कर मापा जा सकता है।

कार्य फ़ंक्शन

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

तत्काल उत्सर्जन

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

अनुप्रयोग

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

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब: ये उपकरण हैं जो फोटोइलेक्ट्रॉनों से लगातार द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करने वाले इलेक्ट्रोडों का उपयोग करके दूरबीन, स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोल विज्ञान, और चिकित्सा छवि में प्रयोग किए जाने वाले दुर्बल प्रकाश संकेतों को बढ़ाते हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी:

यह एक तकनीक है जो फोटोइलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके सामग्रियों की रासायनिक संरचना और इलेक्ट्रॉनिक संरचना का विश्लेषण करती है। यह एक सैम्पल पर फोटॉनों (जैसे एक्स-रे या यूवी प्रकाश) की किरण चमकाने और उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा और कोणीय वितरण को मापने से शुरू होती है। ऊर्जा संरक्षण सिद्धांत का उपयोग करके, फोटोइलेक्ट्रॉनों की बाइंडिंग ऊर्जा की गणना की जा सकती है, जो सैम्पल के परमाणुओं और अणुओं के ऊर्जा स्तरों को प्रतिबिंबित करती है। फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी सामग्रियों के वैलेंस और कोर इलेक्ट्रॉन, मोलेक्युलर ऑर्बिटल, रासायनिक बंध, और सतही गुणों के बारे में जानकारी प्रदान कर सकती है। फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, और सामग्री विज्ञान में व्यापक रूप से प्रयोग की जाती है।

सारांश

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

फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, और यह प्रकाश और पदार्थ की क्वांटम प्रकृति का समर्थन करती 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-उत्तराधिक फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (EUPS) का उपयोग करके सामग्रियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और रासायनिक संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी पदार्थ और अणुओं के गुण और अलग-अलग पदार्थों के अवस्थाओं में अंतर्क्रियाओं को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है।