อะไรคือโฟโตอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนโฟโต้คืออะไร?

คำจำกัดความของอิเล็กตรอนโฟโต้

อิเล็กตรอนโฟโต้ถูกกำหนดว่าเป็นอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากวัสดุเมื่อมันดูดซับพลังงานแสง การปล่อยออกนี้เรียกว่าผลโฟโตอิเล็กทริกและมันให้หลักฐานสำคัญสำหรับลักษณะควอนตัมของแสงและสาร บทความนี้จะอธิบายว่าอิเล็กตรอนโฟโต้คืออะไร วิธีการผลิต ปัจจัยที่ส่งผลต่อการปล่อย และการใช้งานในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ผลโฟโตอิเล็กทริก

ผลโฟโตอิเล็กทริกคือกระบวนการที่อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกจากวัสดุเมื่อมันถูกส่องด้วยแสงที่มีความถี่หรือพลังงานเพียงพอ วัสดุอาจเป็นโลหะ เซมิคอนดักเตอร์ หรือสารใด ๆ ที่มีอิเล็กตรอนผิวที่อิสระหรือผูกพันอย่างหลวมๆ แสงอาจเป็นแสงที่มองเห็นได้ แสงยูวี หรือรังสีเอ็กซ์ ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการทำงานของวัสดุ

ฟังก์ชันการทำงานถูกกำหนดว่าเป็นพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการนำอิเล็กตรอนออกจากผิววัสดุ วัดเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) หน่วยพลังงานนี้แสดงถึงพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับจากการเคลื่อนที่ผ่านศักยภาพความต่างศักยภาพ 1 โวลต์ ฟังก์ชันการทำงานแปรไปตามประเภทและสภาพของวัสดุ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 2 ถึง 6 eV สำหรับโลหะ

เมื่อแสงที่มีความถี่ f หรือความยาวคลื่น λ ส่องกระทบผิววัสดุ แต่ละโฟตอน (หรือควอนตัมของแสง) จะมีพลังงาน E ที่กำหนดโดย

E=hf=λhc

ที่ h เป็นค่าคงที่ของพลังค์ (6.626 x 10^-34 J s) และ c เป็นความเร็วของแสง (3 x 10^8 m/s) หากพลังงานโฟตอน E มากกว่าหรือเท่ากับฟังก์ชันการทำงาน W ของวัสดุ โฟตอนสามารถถ่ายทอดพลังงานให้กับอิเล็กตรอนบนผิว และอิเล็กตรอนสามารถหลุดออกจากวัสดุด้วยพลังงานจลน์ K ที่กำหนดโดย

K=E−W=hf−W

อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในวิธีนี้เรียกว่าอิเล็กตรอนโฟโต้ และพวกมันสร้างกระแสไฟฟ้าที่สามารถวัดได้โดยเชื่อมต่อวัสดุเข้ากับวงจรภายนอก

ฟังก์ชันการทำงาน

ฟังก์ชันการทำงานคือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการนำอิเล็กตรอนออกจากวัสดุ ซึ่งส่งผลต่อการปล่อยอิเล็กตรอนโฟโต้

การปล่อยแบบทันที

การปล่อยอิเล็กตรอนโฟโต้เกิดขึ้นทันทีและขึ้นอยู่กับความถี่ของแสง ไม่ใช่ความเข้ม

การประยุกต์ใช้งาน

เซลล์โฟโตอิเล็กทริกหรือเซลล์โซลาร์: เครื่องมือเหล่านี้แปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ผลโฟโตอิเล็กทริก ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น ซิลิกอน) ที่ดูดซับโฟตอนและปล่อยอิเล็กตรอนโฟโต้ ซึ่งถูกสะสมโดยอิเล็กโทรดและสร้างกระแสไฟฟ้า

หลอดโฟโตมัลติเพลเยอร์: เครื่องมือเหล่านี้ขยายสัญญาณแสงที่อ่อนแอโดยใช้ชุดอิเล็กโทรดที่ปล่อยอิเล็กตรอนรองเมื่อถูกกระทบโดยอิเล็กตรอนโฟโต้ ใช้ในเครื่องตรวจจับรังสี สเปกโตรสโกปี ดาราศาสตร์ และการสร้างภาพทางการแพทย์

สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโต้:

เทคนิคนี้ใช้อิเล็กตรอนโฟโต้ในการวิเคราะห์องค์ประกอบเคมีและโครงสร้างอิเล็กตรอนของวัสดุ มันรวมถึงการส่องลำแสงโฟตอน (เช่น รังสีเอกซ์ หรือแสงยูวี) บนตัวอย่างและวัดพลังงานจลน์และการกระจายมุมของอิเล็กตรอนโฟโต้ที่ปล่อยออกมา โดยใช้หลักการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอนโฟโต้สามารถคำนวณได้ ซึ่งสะท้อนถึงระดับพลังงานของอะตอมและโมเลกุลในตัวอย่าง สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโต้สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับอิเล็กตรอนวาเลนซ์และคอร์ ออร์บิทัลโมเลกุล แรงยึดเหนี่ยวเคมี และคุณสมบัติผิวของวัสดุ สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโต้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และวิทยาศาสตร์วัสดุ

สรุป

ในบทความนี้ เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับอิเล็กตรอนโฟโต้และประโยชน์ของการใช้งาน อิเล็กตรอนโฟโต้คืออิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากวัสดุเมื่อมันดูดซับพลังงานแสงที่สูงกว่าความถี่ขั้นต่ำ

ปรากฏการณ์การปล่อยอิเล็กตรอนโฟโต้เรียกว่าผลโฟโตอิเล็กทริก และสนับสนุนทฤษฎีควอนตัมของแสงและสาร ผลโฟโตอิเล็กทริกมีคุณสมบัติเฉพาะที่ขึ้นอยู่กับความถี่และความเข้มของแสง ฟังก์ชันการทำงานของวัสดุ และพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนโฟโต้

อิเล็กตรอนโฟโต้สามารถใช้ในการศึกษาโครงสร้างอิเล็กตรอนและองค์ประกอบเคมีของวัสดุโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ ของสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโต้ เช่น X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) two-photon photoelectron spectroscopy (2PPE) และ extreme-ultraviolet photoelectron spectroscopy (EUPS)

สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโต้เป็นเครื่องมือสำคัญในการทำความเข้าใจคุณสมบัติและปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและโมเลกุลในสถานะของสารต่าง ๆ