फोटो इलेक्ट्रन क्या हैं?

फोटो इलेक्ट्रन क्या हैं?

फोटोइलेक्ट्रन की परिभाषा

फोटोइलेक्ट्रन को एक सामग्री से निकलने वाले इलेक्ट्रॉन के रूप में परिभाषित किया जाता है जब वह प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करती 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 फोटोइलेक्ट्रन 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 इलेक्ट्रॉन एक सामग्री से उत्सर्जित होते हैं जब उसे पर्याप्त आवृत्ति या ऊर्जा वाले प्रकाश से बाहरी रूप से संपर्क में लाया जाता है। सामग्री धातु, अर्धचालक, या किसी भी पदार्थ हो सकती है जिसमें सतह पर मुक्त या ढीले बंधित इलेक्ट्रॉन हों। प्रकाश दृश्य, अल्ट्रावायलेट, या एक्स-रे हो सकता है, सामग्री के कार्य फ़ंक्शन पर निर्भर करता है।

कार्य फ़ंक्शन को एक सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) में मापा जाता है, यह ऊर्जा इकाई एक इलेक्ट्रॉन को एक वोल्ट के विभवांतर के माध्यम से चलने 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 रहता है।

जब आवृत्ति f या तरंगदैर्घ्य λ का प्रकाश सामग्री की सतह पर प्रहार करता है, तो प्रत्येक फोटॉन (या प्रकाश का क्वांटम) ऊर्जा E ले जाता है जो दी गई 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 बड़ी या बराबर 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 निकल सकता है जो दी गई है

K=E−W=hf−W

इस तरह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है, और वे एक फोटोइलेक्ट्रिक धारा बनाते हैं जिसे सामग्री को बाहरी परिपथ से जोड़कर मापा जा सकता है।

कार्य फ़ंक्शन

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

तत्काल उत्सर्जन

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

अनुप्रयोग

फोटोइलेक्ट्रिक सेल या सौर सेल: ये उपकरण हैं जो प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके। वे एक अर्धचालक सामग्री (जैसे सिलिकॉन) से बने होते हैं जो फोटॉनों को अवशोषित करते हैं और फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हैं, जो फिर इलेक्ट्रोडों द्वारा संग्रहीत किए जाते हैं और एक विद्युत धारा बनाते हैं।

फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब: ये उपकरण हैं जो फोटोइलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रहार किए जाने पर द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करने वाले इलेक्ट्रोडों का उपयोग करके कम तीव्रता वाले प्रकाश के सिग्नल को बढ़ाते हैं। वे विकिरण, स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोल विज्ञान, और चिकित्सा छविकरण में डिटेक्टरों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी:

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

सारांश

इस लेख में, हमने फोटोइलेक्ट्रॉनों और उनके अनुप्रयोगों के बारे में सीखा है। फोटोइलेक्ट्रॉन ऐसे इलेक्ट्रॉन हैं जो किसी सामग्री से निकलते हैं जब वह एक निश्चित आवृत्ति से अधिक प्रकाश ऊर्जा को 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 विशेषताएँ होती हैं जो प्रकाश की आवृत्ति और तीव्रता, सामग्री का कार्य फ़ंक्शन, और फोटोइलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा पर निर्भर करती हैं।

फोटोइलेक्ट्रॉनों का उपयोग विभिन्न फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों, जैसे एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), यूवी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (UPS), कोण-संबद्ध फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES), दो-फोटॉन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (2PPE), और अत्यधिक-यूवी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (EUPS) का उपयोग करके सामग्रियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और रासायनिक संरचना का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी अणुओं और परमाणुओं के गुण और विभिन्न पदार्थों की अवस्थाओं में उनके प्रतिक्रियाओं को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है।