Photoelectron radiation — pisikal na kahulugan, mga batas at aplikasyon
Ang phenomenon ng photoelectron emission (o external photoelectric effect) ay natuklasan sa eksperimento noong 1887 ni Heinrich Hertz sa panahon ng isang open cavity experiment. Nang idirekta ni Hertz ang ultraviolet radiation sa zinc sparks, kasabay nito ang pagpasa ng isang electric spark sa pamamagitan ng mga ito ay kapansin-pansing mas madali.
kaya, Ang photoelectron radiation ay maaaring tawaging proseso ng paglabas ng mga electron sa isang vacuum (o sa ibang medium) mula sa solid o likidong mga katawan sa ilalim ng impluwensya ng electromagnetic radiation na bumabagsak sa kanila. Ang pinakamahalaga sa pagsasanay ay ang paglabas ng photoelectron mula sa mga solidong katawan - sa isang vacuum.
1. Ang electromagnetic radiation na may pare-parehong spectral na komposisyon na bumabagsak sa photocathode ay nagiging sanhi ng isang saturated photocurrent I, ang halaga nito ay proporsyonal sa pag-iilaw ng cathode, iyon ay, ang bilang ng mga photoelectron na na-knock out (nagpapalabas) sa 1 segundo ay proporsyonal sa ang intensity ng radiation ng insidente F.
2.Para sa bawat sangkap, alinsunod sa likas na kemikal nito at sa isang tiyak na estado ng ibabaw nito, na tumutukoy sa function ng trabaho Ф ng mga electron mula sa isang naibigay na sangkap, mayroong isang mahabang alon (pula) na limitasyon ng photoelectron radiation, i.e. , ang pinakamababang frequency v0 sa ibaba kung saan imposible ang photoelectric effect.
3. Ang pinakamataas na paunang bilis ng mga photoelectron ay tinutukoy ng dalas ng radiation ng insidente at hindi nakadepende sa intensity nito. Sa madaling salita, ang pinakamataas na kinetic energy ng mga photoelectron ay tumataas nang linearly sa pagtaas ng dalas ng radiation ng insidente at hindi nakadepende sa intensity ng radiation na ito.
Ang mga batas ng panlabas na photoelectric effect ay sa prinsipyo ay mahigpit na natutugunan lamang sa ganap na zero na temperatura, habang sa katunayan, sa T > 0 K, ang photoelectron emission ay sinusunod din sa mga wavelength na mas mahaba kaysa sa cut-off na wavelength, kahit na may maliit na bilang ng naglalabas ng mga electron. Sa isang napakataas na intensity ng radiation ng insidente (higit sa 1 W / cm 2 ), ang mga batas na ito ay nilalabag din, dahil ang kalubhaan ng mga proseso ng multiphoton ay nagiging halata at makabuluhan.
Sa pisikal, ang phenomenon ng photoelectron emission ay tatlong magkakasunod na proseso.
Una, ang insidente na photon ay nasisipsip ng sangkap, bilang isang resulta kung saan ang isang elektron na may enerhiya na mas mataas kaysa sa average sa volume ay lilitaw sa loob ng sangkap. Ang electron na ito ay gumagalaw sa ibabaw ng katawan at sa kahabaan ng bahagi ng enerhiya nito ay nawawala, dahil sa paraan ang gayong elektron ay nakikipag-ugnayan sa iba pang mga electron at vibrations ng kristal na sala-sala. Sa wakas, ang electron ay pumapasok sa isang vacuum o iba pang medium sa labas ng katawan, na dumadaan sa isang potensyal na hadlang sa hangganan sa pagitan ng dalawang medium na ito.
Tulad ng karaniwan para sa mga metal, sa nakikita at ultraviolet na mga bahagi ng spectrum, ang mga photon ay hinihigop ng mga electron ng pagpapadaloy. Para sa semiconductors at dielectrics, ang mga electron ay nasasabik mula sa valence band. Sa anumang kaso, ang isang quantitative na katangian ng photoelectron emission ay ang quantum yield - Y - ang bilang ng mga electron na ibinubuga sa bawat insidente ng photon.
Ang dami ng ani ay nakasalalay sa mga katangian ng sangkap, sa estado ng ibabaw nito, pati na rin sa enerhiya ng mga photon ng insidente.
Sa mga metal, ang long-wavelength na limitasyon ng photoelectron emission ay tinutukoy ng work function ng electron mula sa kanilang surface. Karamihan sa mga malinis na surface metal ay may work function na higit sa 3 eV, habang ang alkali metal ay may work function na 2 hanggang 3 eV.
Para sa kadahilanang ito, ang photoelectron emission mula sa ibabaw ng alkali at alkaline earth na mga metal ay maaaring maobserbahan kahit na na-irradiated sa mga photon sa nakikitang rehiyon ng spectrum, hindi lamang UV. Habang sa mga ordinaryong metal, ang photoelectron emission ay posible lamang simula sa mga frequency ng UV.
Ito ay ginagamit upang bawasan ang work function ng metal: isang pelikula (monoatomic layer) ng alkali at alkaline earth metals ay idineposito sa isang ordinaryong metal at sa gayon ang pulang limitasyon ng photoelectron emission ay inililipat sa rehiyon ng mas mahabang alon.
Ang quantum yield Y na katangian ng mga metal sa malapit-UV at nakikitang mga rehiyon ay nasa order na mas mababa sa 0.001 electron/photon dahil maliit ang lalim ng pagtagas ng photoelectron kumpara sa lalim ng pagsipsip ng liwanag ng metal.Ang bahagi ng leon ng mga photoelectron ay nagwawaldas ng kanilang enerhiya bago pa man lumapit sa exit boundary ng metal, na nawalan ng anumang pagkakataong makalabas.
Kung ang enerhiya ng photon ay malapit sa threshold ng photoemission, kung gayon ang karamihan sa mga electron ay masasabik sa mga enerhiya sa ibaba ng antas ng vacuum at hindi sila mag-aambag sa kasalukuyang photoemission. Bilang karagdagan, ang koepisyent ng pagmuni-muni sa malapit na UV at nakikitang mga rehiyon ay masyadong mataas para sa mga metal, kaya isang napakaliit na bahagi lamang ng radiation ang maa-absorb ng metal. Sa malayong rehiyon ng UV ang mga limitasyong ito ay bumababa at ang Y ay umabot sa 0.01 electron/photon sa photon energies sa itaas ng 10 eV.
Ipinapakita ng figure ang spectral dependence ng photoemission quantum yield para sa isang purong tanso na ibabaw:
Ang kontaminasyon ng ibabaw ng metal ay binabawasan ang photocurrent at inililipat ang pulang limitasyon sa mas mahabang wavelength na rehiyon; sa parehong oras, para sa malayong rehiyon ng UV sa ilalim ng mga kundisyong ito, maaaring tumaas ang Y.
Ang photoelectron radiation ay nakakahanap ng aplikasyon sa mga photoelectronic device na nagko-convert ng mga electromagnetic signal ng iba't ibang hanay sa mga electric current at voltages. Halimbawa, ang isang imahe sa invisible infrared signal ay maaaring ma-convert sa isang nakikita gamit ang isang device na gumagana batay sa phenomenon ng photoelectron emission. Gumagana rin ang photoelectron radiation sa mga photocell, sa iba't ibang electronic-optical converter, sa photomultipliers, photoresistors, photodiodes, sa electron-beam tubes, atbp.
Tingnan din:Paano gumagana ang proseso ng pag-convert ng solar energy sa electrical energy