O que é um fotoelétron?

Um fotoelétron é um elétron emitido de uma substância devido ao efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico ocorre quando um material que geralmente é de natureza metálica absorve radiação de luz suficiente, de modo que isso resulta na emissão de elétrons de sua superfície. A descoberta do efeito fotoelétrico foi feita pela primeira vez em 1887 por Heinrich Hertz, físico alemão, e posteriormente foi nomeado efeito Hertz. Muitos pesquisadores passaram um tempo definindo suas propriedades ao longo dos anos e, em 1905, Albert Einstein publicou descobertas de que isso era causado por quanta de luz conhecida como fótons. A explicação clara e elegante de Einstein sobre como os fotoelétrons foram produzidos resultou na conquista do Prêmio Nobel de Física em 1921.

Para que os fotoelétrons sejam emitidos de uma superfície, o comprimento de onda da luz precisa ser de um valor suficientemente baixo, como o da luz vermelha. A emissão de fotoelétrons também é um recurso essencial usado na descrição dos princípios da mecânica quântica. O processo envolve um quanta, ou fóton único de energia, sendo absorvido por um material sólido, se a energia do fóton for maior que a energia da banda de valência superior ou da camada externa de elétrons do material.

A espectroscopia de fotoelétrons é um processo em que a energia cinética dos fótons emitidos a partir de uma superfície é analisada para estudar a região da superfície de um material de amostra. Dois tipos básicos do processo foram usados. A espectroscopia de raios-X estuda os níveis principais de um material usando faixas de energia de fótons de 200 a 2.000 elétron-volts e a espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta usa níveis de energia de fótons entre 10 a 45 elétron-volts para estudar as camadas externas de elétrons ou valências do material. A partir de 2011, o mais recente equipamento síncrotron, que é um ciclotrão magnético que acelera eletrostaticamente as partículas, permite o estudo de faixas de energia entre 5 e mais de 5.000 elétron-volts, para que equipamentos de pesquisa separados não sejam mais necessários. No entanto, essas máquinas são caras e complexas, portanto não são amplamente utilizadas em campo.

A partir de 2011, o equipamento espectrômetro de fotoelétrons foi desenvolvido com um detector de elétrons que pode operar ao ar livre e à pressão atmosférica, o que é novo no campo. É capaz de medir a espessura de filmes finos em níveis tão finos quanto 20 nanômetros, ou 20 bilionésimos de metro. As máquinas são modelos de mesa que usam uma fonte de luz ultravioleta e podem operar em uma faixa de 3,4 a 6,2 elétron-volts. Eles são usados ​​para analisar metais e semicondutores, como o silício.