Co je to fotoelektron?

Fotoelektron je elektron emitovaný z látky v důsledku fotoelektrického jevu. Fotoelektrický efekt nastává, když materiál, který je obvykle kovový v přírodě, absorbuje dostatečné množství světelného záření, takže to vede k emisi elektronů z jeho povrchu. Objev fotoelektrického efektu byl poprvé vyroben v roce 1887 německým fyzikem Heinrichem Hertzem a následně byl jmenován Hertzovým efektem. Mnoho vědců trávilo čas definováním svých vlastností v průběhu let a v roce 1905 Albert Einstein publikoval zjištění, že to bylo způsobeno kvanta světla známou jako fotony. Einsteinovo jasné a elegantní vysvětlení toho, jak byly fotoelektrony vyráběny, vedlo k tomu, že v roce 1921 získal Nobelovu cenu za fyziku.

Aby mohly být fotoelektrony emitovány z povrchu, musí mít vlnová délka světla dostatečně nízkou hodnotu, jako je červené světlo. Emise fotoelektronů je také klíčovým prvkem, který se používá při popisu principů kvantové mechaniky. Proces zahrnuje quantu nebo jediný foton energie absorbovaný pevným materiálem, pokud je energie fotonu větší než energie horního valenčního pásma nebo vnější obal elektronů materiálu.

Fotoelektronová spektroskopie je proces, ve kterém je analyzována kinetická energie fotonů emitovaných z povrchu, aby se studovala povrchová oblast materiálu vzorku. Byly použity dva základní typy procesu. Rentgenová spektroskopie studuje základní úrovně materiálu za použití fotonových energetických rozsahů od 200 do 2 000 elektronových voltů a ultrafialová fotoelektronová spektroskopie používá pro zkoumání vnějších elektronových nebo valenčních nábojů materiálu fotonové energetické hladiny mezi 10 až 45 elektronovými volty. Od roku 2011 umožňuje nejnovější synchrotronové zařízení, což je magnetický cyklotron, který elektrostaticky urychluje částice, umožňuje studovat energetické rozsahy mezi 5 až 5 000 elektronovými volty, takže již není nutné samostatné výzkumné zařízení. Tyto stroje jsou však drahé a složité, takže se v terénu často nepoužívají.

Od roku 2011 byla vyvinuta fotoelektronová spektrometrická zařízení s elektronovým detektorem, který může pracovat na čerstvém vzduchu a při atmosférickém tlaku, což je pro pole nové. Je schopen měřit tloušťku tenkých filmů až na úroveň jemnou jako 20 nanometrů nebo 20 miliardtin metru. Stroje jsou stolní modely, které používají ultrafialový světelný zdroj a mohou pracovat v rozsahu 3,4 až 6,2 voltů elektronů. Používají se k analýze kovů i polovodičů, jako je křemík.