光電子とは？

光電子は、光電効果により物質から放出される電子です。 光電効果は、通常金属性の材料が十分な光放射を吸収するために発生し、その結果、表面から電子が放出されます。 光電効果の発見は、1887年にドイツの物理学者ハインリッヒヘルツによって最初に行われ、その後ヘルツ効果と名付けられました。 多くの研究者は長年にわたってその特性を定義するのに時間を費やし、1905年に、アルバートアインシュタインは、光子として知られる光の量子によって引き起こされるという発見を発表しました。 アインシュタインの光電子の生成方法に関する明確でエレガントな説明の結果、1921年にノーベル物理学賞を受賞しました。

表面から光電子が放出されるためには、光の波長が赤色光などの十分に低い値である必要があります。 光電子放出は、量子力学の原理を記述する際に使用される重要な機能でもあります。 このプロセスでは、光子のエネルギーがトップ価電子帯のエネルギー、または材料の最も外側の電子シェルのエネルギーよりも大きい場合、量子、またはエネルギーの単一光子が固体材料に吸収されます。

光電子分光法は、表面から放出される光子の運動エネルギーを分析して、サンプル材料の表面領域を調べるプロセスです。 2つの基本的なタイプのプロセスが使用されています。 X線分光法では、200から2,000電子ボルトの光子エネルギー範囲を使用して材料のコアレベルを研究し、紫外光電子分光法では、材料の外部電子または原子価殻を研究するために10から45電子ボルトの光子エネルギーレベルを使用します。 2011年の時点で、粒子を静電的に加速する磁気サイクロトロンである最新のシンクロトロン装置は、5〜5,000電子ボルト以上のエネルギー範囲の研究を可能にするため、別個の研究装置は必要なくなりました。 ただし、これらのマシンは高価で複雑であるため、現場で広く使用されていません。

2011年現在、野外および大気圧で動作可能な電子検出器を備えた光電子分光装置が開発されました。 20ナノメートルまたは200億分の1メートルのレベルまで薄膜の厚さを測定できます。 マシンは、紫外線光源を使用するデスクトップモデルであり、3.4〜6.2電子ボルトの範囲で動作できます。 これらは、金属とシリコンなどの半導体の両方を分析するために使用されます。