Што се фотоелектрони?

Што се фотоелектрони?

Дефиниција на фотоелектрон

Фотоелектрон е дефиниран како електрон испуштен од материјал кога тој го апсорбира светлински енергија. Овој процес на испуштање се нарекува фотоелектричен ефект и дава клучни докази за квантната природа на светлината и материјата. Овој чланак ќе објасни што се фотоелектрони, како се производат, факторите кои влијаат на нивното испуштање и нивните применувања во науката и технологијата.

Фотоелектричен ефект

Фотоелектричниот ефект е процес во кој електрони се испуштени од материјал кога тој е изложен на светлина со доволно висока фреквенција или енергија. Материјалот може да биде метал, полупроводник или било која состојба со слободни или слабо врзани површински електрони. Светлината може да биде видлива, ултрафиолетова или рентгенска, во зависност од работната функција на материјалот.

Работната функција е дефинирана како минимална енергија потребна за отстранување на електрон од површината на материјалот. Измерена во електронски волтови (eV), оваа единица на енергија претставува енергијата добиена од електрон кој се движи низ потенцијална разлика од еден волт. Работната функција варира со типот и состојбата на материјалот, типички во опсег од 2 до 6 eV за метали.

Кога светлината со фреквенција f или талашна должина λ падне на површината на материјал, секој фотон (или квант на светлина) носи енергија E дадена со

E=hf=λhc

каде h е константата на Планк (6.626 x 10^-34 J s), а c е брзината на светлината (3 x 10^8 m/s). Ако енергијата на фотонот E е поголема или еднаква на работната функција W на материјалот, тогаш фотонот може да пренесе својата енергија на електрон на површината, и електронот може да се избегне од материјалот со некоја кинетичка енергија K дадена со

K=E−W=hf−W

Електроните кои се испуштени на овој начин се нарекуваат фотоелектрони, и формираат фотоелектрична струја која може да се мери со поврзување на материјалот со надворешен цев.

Работна функција

Работната функција е минималната енергија потребна за отстранување на електрон од материјалот, што влијае на испуштањето на фотоелектрони.

Инстантано испуштање

Испуштањето на фотоелектрони е инстантано и зависи од фреквенцијата на светлината, а не од нејзината интензитет.

Применувања

Фотоелектрични клетки или сончеви клетки: Овие се уреди кои конвертираат светлинска енергија во електрична енергија користејќи фотоелектричниот ефект. Состојат од полупроводникски материјал (како што е силациум) кој апсорбира фотони и испушта фотоелектрони, кои потоа се собираат со електроди и формираат електрична струја.

Фотомултипликаторски цеви: Овие се уреди кои амплитикуваат слаби сигнални светлини користејќи серии електроди кои испуштат вторично електрони кога се погодени од фотоелектрони. Се користат во детектори за радијација, спектроскопија, астрономија и медицинско сликарство.

Фотоелектронска спектроскопија:

Ова е техника која користи фотоелектрони за анализа на хемиски состав и електронска структура на материјалите. Вклучува осветлување на проба со луѓе фотони (како што се рентгенски зраци или УВ светлина) и мерење на кинетичката енергија и аголната дистрибуција на испуштените фотоелектрони. Користејќи принципот на зачувување на енергијата, може да се пресмета врзаната енергија на фотоелектроните, што рефлектира енергијските нивоа на атомите и молекулите во пробата. Фотоелектронската спектроскопија може да даде информации за валентни и основни електрони, молекуларни орбитали, хемиски врски и површински својства на материјалите. Фотоелектронската спектроскопија се широко користи во физиката, хемијата, биологијата и науката за материјали.

Сума

Во овој чланак научивме за фотоелектрони и нивните применувања. Фотоелектроните се електрони кои се испуштени од материјал кога тој го апсорбира светлински енергија над одредена границна фреквенција.

Феноменот на испуштање на фотоелектрони е познат како фотоелектричен ефект, и поддржува квантната теорија на светлината и материјата. Фотоелектричниот ефект има некои карактеристични особини кои зависат од фреквенцијата и интензитетот на светлината, работната функција на материјалот и кинетичката енергија на фотоелектроните.

Фотоелектроните можат да се користат за проучување на електронската структура и хемискиот состав на материјалите користејќи различни техники на фотоелектронска спектроскопија, како што се X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES), two-photon photoelectron spectroscopy (2PPE) и extreme-ultraviolet photoelectron spectroscopy (EUPS).

Фотоелектронската спектроскопија е важен алатка за разбирање својствата и интеракциите на атомите и молекулите во различни состојби на материјата.