Hva er et fotoelektron?

Et fotoelektron er et elektron som slippes ut fra et stoff på grunn av den fotoelektriske effekten. Den fotoelektriske effekten oppstår når et materiale som vanligvis er av metallisk natur absorberer nok lysstråling slik at dette resulterer i utslipp av elektroner fra overflaten. Oppdagelsen av den fotoelektriske effekten ble først gjort i 1887 av Heinrich Hertz, en tysk fysiker, og fikk deretter navnet Hertz-effekten. Mange forskere brukte tid på å definere egenskapene gjennom årene, og i 1905 publiserte Albert Einstein funn om at det var forårsaket av kvanta av lys kjent som fotoner. Einsteins klare og elegante forklaring på hvordan fotoelektroner ble produsert resulterte i at han vant Nobelprisen i fysikk i 1921.

For at fotoelektroner skal sendes ut fra en overflate, trenger lysbølgelengden å ha en tilstrekkelig lav verdi, slik som for rødt lys. Fotoelektronutslipp er også en nøkkelfunksjon som brukes i beskrivelsen av kvantemekanikkens prinsipper. Prosessen innebærer at et kvanta eller en enkelt foton av energi blir absorbert av et fast materiale hvis energien til fotonet er større enn energien fra toppvalensbåndet, eller det ytterste elektronskallet i materialet.

Fotoelektronspektroskopi er en prosess der den kinetiske energien til fotoner som sendes ut fra en overflate blir analysert for å studere overflateområdet til et prøvemateriale. To grunnleggende typer prosessen er blitt brukt. Røntgenspektroskopi studerer kjernenivåer av et materiale ved bruk av fotonenergiområder fra 200 til 2000 elektron volt, og ultrafiolett fotoelektronspektroskopi bruker fotonenerginivåer mellom 10 og 45 elektron volt for å studere materialets ytre elektron eller valensskall. Fra 2011 tillater det nyeste synkrotronutstyret, som er en magnetisk syklotron som elektrostatisk akselererer partikler, studiet av energiområder mellom 5 og over 5000 elektron volt, slik at separat forskningsutstyr ikke lenger er nødvendig. Disse maskinene er imidlertid dyre og komplekse, så de er ikke mye brukt i felt.

Fra 2011 er fotoelektron spektrometerutstyr utviklet med en elektrondetektor som kan operere i friluft og ved atmosfæretrykk, noe som er nytt for feltet. Den er i stand til å måle tykkelsen på tynne filmer ned til nivåer så fine som 20 nanometer, eller 20 milliarddeler av en meter. Maskinene er stasjonære modeller som bruker en ultrafiolett lyskilde og kan operere i området 3,4 til 6,2 elektronvolt. De brukes til å analysere både metaller og halvledere som silisium.