Hvad er et fotoelektron?

Et fotoelektron er et elektron, der udsendes fra et stof på grund af den fotoelektriske effekt. Den fotoelektriske virkning opstår, når et materiale, der normalt er metallisk i naturen, absorberer nok lysstråling, så dette resulterer i udsendelse af elektroner fra dens overflade. Opdagelsen af ​​den fotoelektriske effekt blev først fundet i 1887 af Heinrich Hertz, en tysk fysiker, og blev derefter benævnt Hertz-effekten. Mange forskere brugte tid på at definere dens egenskaber i årenes løb, og i 1905 offentliggjorde Albert Einstein fund om, at det var forårsaget af kvanta af lys kendt som fotoner. Einsteins klare og elegante forklaring af, hvordan fotoelektroner blev produceret, resulterede i, at han vandt Nobelprisen i fysik i 1921.

For at fotoelektroner kan udsendes fra en overflade, skal lysbølgelængden have en tilstrækkelig lav værdi, såsom den for rødt lys. Fotoelektronemission er også en nøglefunktion, der bruges til at beskrive kvantemekanikprincipper. Processen involverer en kvanta eller en enkelt foton af energi, der absorberes af et fast materiale, hvis fotonens energi er større end energien fra det øverste valensbånd eller det yderste elektronskal af materialet.

Photoelectron spectroscopy er en proces, hvor den kinetiske energi fra fotoner, der udsendes fra en overflade, analyseres for at studere overfladearealet af et prøvemateriale. To grundlæggende typer af processen er blevet anvendt. Røntgenstrålespektroskopi undersøger kerneniveauer af et materiale ved hjælp af fotonenergiområder fra 200 til 2.000 elektron volt, og ultraviolet fotoelektronspektroskopi bruger fotonenerginiveau på mellem 10 og 45 elektronvolt til undersøgelse af materialets ydre elektron eller valensskaller. Fra 2011 giver det nyeste synchrotronudstyr, som er en magnetisk cyclotron, der elektrostatisk accelererer partikler, mulighed for undersøgelse af energiområder mellem 5 og over 5.000 elektronvolter, så separat forskningsudstyr ikke længere er nødvendigt. Disse maskiner er imidlertid dyre og komplekse, så de bruges ikke meget i marken.

Fra 2011 er fotoelektron-spektrometerudstyr udviklet med en elektrondetektor, der kan fungere i fri luft og ved atmosfæretryk, hvilket er nyt på området. Den er i stand til at måle tykkelsen på tynde film ned til niveauer så fine som 20 nanometer eller 20 milliarddele af en meter. Maskinerne er stationære modeller, der bruger en ultraviolet lyskilde og kan fungere i området fra 3,4 til 6,2 elektron volt. De bruges til at analysere både metaller og halvledere såsom silicium.