Qu'est-ce qu'un photoélectron?
Un photoélectron est un électron émis par une substance en raison de l'effet photoélectrique. L'effet photoélectrique se produit lorsqu'un matériau généralement de nature métallique absorbe suffisamment de rayonnement lumineux pour que des électrons soient émis à sa surface. La découverte de l'effet photoélectrique a été faite pour la première fois en 1887 par Heinrich Hertz, physicien allemand, et a ensuite été baptisée effet Hertz. De nombreux chercheurs ont passé du temps à définir ses propriétés au fil des ans et, en 1905, Albert Einstein a publié des résultats selon lesquels elle était causée par des quanta de lumière appelés photons. Les explications claires et élégantes d’Einstein sur la fabrication des photoélectrons lui valurent de remporter le prix Nobel de physique en 1921.
Pour que les photoélectrons soient émis par une surface, la longueur d'onde de la lumière doit être suffisamment faible, telle que celle de la lumière rouge. L'émission de photoélectrons est également une caractéristique clé utilisée pour décrire les principes de la mécanique quantique. Le processus implique un quanta, ou photon unique d'énergie absorbée par un matériau solide si l'énergie du photon est supérieure à l'énergie de la bande de valence supérieure ou de la couche d'électrons la plus externe du matériau.
La spectroscopie photoélectronique est un processus d'analyse de l'énergie cinétique de photons émis par une surface afin d'étudier la région de surface d'un échantillon. Deux types de base du processus ont été utilisés. La spectroscopie à rayons X étudie les niveaux de noyau d'un matériau en utilisant des gammes d'énergie de photons de 200 à 2 000 électron-volts, et la spectroscopie à photoélectrons ultraviolets utilise des niveaux d'énergie de photons compris entre 10 et 45 électrons-volts pour étudier les couches externes d'électrons ou de valence du matériau. Depuis 2011, le dernier équipement synchrotron, qui est un cyclotron magnétique qui accélère électrostatiquement les particules, permet d’étudier des étendues d’énergie comprises entre 5 et plus de 5 000 électrons-volts, de sorte que des équipements de recherche distincts ne sont plus nécessaires. Ces machines étant coûteuses et complexes, elles ne sont donc pas largement utilisées sur le terrain.
Depuis 2011, les équipements de spectromètre photoélectroniques ont été développés avec un détecteur d'électrons pouvant fonctionner à l'air libre et à la pression atmosphérique, ce qui est une nouveauté sur le terrain. Il est capable de mesurer l'épaisseur de films minces jusqu'à des niveaux aussi fins que 20 nanomètres, ou 20 milliards de mètres. Les machines sont des modèles de bureau utilisant une source de lumière ultraviolette et pouvant fonctionner dans une plage de 3,4 à 6,2 électrons-volts. Ils sont utilisés pour analyser les métaux et les semi-conducteurs tels que le silicium.