Kādi ir fotoneironi?

Kas ir fotoelektroni?

Fotoelektronu definīcija

Fotoelektronu definē kā elektronu, kas izdalās no materiāla, kad tas absorbu gaismas enerģiju. Šis izdalošanās process sauc par fotoelektrisku efektu un sniedz būtisku pierādījumu par gaišuma un vielas kvantu raksturu. Šajā rakstā tiks paskaidrots, kas ir fotoelektroni, kā tie tiek radīti, kādi faktori ietekmē tos, un kādas ir to lietojumvietas zinātnē un tehnoloģijās.

Fotoelektriskais efekts

Fotoelektriskais efekts ir process, kurā elektronu izdalās no materiāla, kad tam tiek izpostīts ar pietiekami augstu frekvenci vai enerģiju gaismam. Materiāls var būt metāls, poluprovadītājs vai jebkura viela ar brīvi vai vāji saistītiem virsmaelektroniem. Gaisma var būt redzama, ultravioleta vai rentgenstaru, atkarībā no materiāla darba funkcijas.

Darba funkcija definēta kā minimums enerģijas, kas nepieciešama, lai noņemtu elektronu no materiāla virsmas. Mērīta elektronvoltos (eV), šī enerģijas mērvienība attēlo enerģiju, ko elektrons iegūst, pārvietojoties caur vienvoltu potenciālā atšķirība. Darba funkcija atšķiras atkarībā no materiāla veida un stāvokļa, parasti sasniedzot 2 līdz 6 eV metāliem.

Kad gaismas frekvence f vai garums λ satiek materiāla virsmu, katrs fotons (vai gaišuma kvants) nes enerģiju E, kas dota ar

E=hf=λhc

kur h ir Plankā konstante (6.626 x 10^-34 J s), un c ir gaismas ātrums (3 x 10^8 m/s). Ja fotona enerģija E ir lielāka vai vienāda ar materiāla darba funkciju W, tad fotons var nodot savu enerģiju elektronam uz virsmas, un elektrons var nokļūt no materiāla ar kādu kinētisko enerģiju K, kas dota ar

K=E−W=hf−W

Izdalās šādi elektronu sauc par fotoelektroniem, un tie veido fotostrāvu, ko var mērīt, savienojot materiālu ar ārējo shēmu.

Darba funkcija

Darba funkcija ir minimums enerģijas, kas nepieciešama, lai noņemtu elektronu no materiāla, ietekmējot fotoelektronu izdalīšanos.

Nevilkminēta izdalīšanās

Fotoelektronu izdalīšanās notiek nevilkminēti un atkarīga no gaismas frekvences, nevis tā intensitātes.

Lietojumi

Fotoelektronu elementi vai saules elementi: Šie ir ierīces, kas pārveido gaismas enerģiju elektroenerģē, izmantojot fotoelektrisku efektu. Tie sastāv no poluprovadītāja materiāla (piemēram, silīcijs), kas absorbu fotonus un izdalās fotoelektronus, kuri pēc tam tiek apkopoti elektrodām un veido strāvu.

Fotomultiplieri: Šie ir ierīces, kas pastiprina vājas gaismas signālus, izmantojot rindu elektrodu, kas izdalās sekundārus elektronus, kad tie tiek sadarbināti ar fotoelektroniem. Tās tiek izmantotas detektoros radiācijai, spektroskopijai, astronomijai un medicīniskajai attēlošanai.

Fotoelektronu spektroskopija:

Šī ir tehnika, kas izmanto fotoelektronus, lai analizētu vielu ķīmisko sastāvu un elektronisko struktūru. Tā ietver fotona plūsmas (piemēram, rentgenstaru vai UV gaismas) piespriestu uz paraugu un mēra izdalīto fotoelektronu kinētisko enerģiju un leņķa sadalījumu. Izmantojot enerģijas saglabāšanas principu, var aprēķināt fotoelektronu saistības enerģiju, kas atspoguļo atomu un molekulu enerģijas līmeņus paraugā. Fotoelektronu spektroskopija var sniegt informāciju par valentējošajiem un pamatējošajiem elektroniem, molekulārajām orbitalēm, ķīmiskajām saiklēm un materiālu virsmas īpašībām. Fotoelektronu spektroskopija plaši izmantojas fizikā, ķīmijā, bioloģijā un materiālu zinātnēs.

Kopsavilkums

Šajā rakstā mēs esam iepazinušies ar fotoelektronu un to lietojumiem. Fotoelektronu ir elektronu, kas izdalās no materiāla, kad tas absorbu gaismas enerģiju virs noteiktā frekvences sliekšņa.

Fotoelektronu izdalīšanās parādība pazīstama kā fotoelektriskais efekts, un tā atbalsta gaišuma un vielas kvantu teoriju. Fotoelektriskais efekts ir dažādi raksturīgi īpašības, kas atkarīgas no gaismas frekvences un intensitātes, materiāla darba funkcijas un fotoelektronu kinētiskās enerģijas.

Fotoelektronu var izmantot, lai pētītu materiālu elektronisko struktūru un ķīmisko sastāvu, izmantojot dažādas fotoelektronu spektroskopijas tehnoloģijas, piemēram, rentgenstaru fotoelektronu spektroskopiju (XPS), ultravioleta fotoelektronu spektroskopiju (UPS), leņķa izšķirtspējas fotoelektronu spektroskopiju (ARPES), divfotonu fotoelektronu spektroskopiju (2PPE) un ļoti ultravioleta fotoelektronu spektroskopiju (EUPS).

Fotoelektronu spektroskopija ir svarīgs rīks, lai saprastu atomu un molekulu īpašības un interakcijas dažādos vielu stāvokļos.