Vad är ett fotoelektron?
En fotoelektron är en elektron som släpps ut från ett ämne på grund av den fotoelektriska effekten. Den fotoelektriska effekten uppstår när ett material som vanligtvis är metalliskt i naturen absorberar tillräckligt med ljusstrålning så att detta resulterar i utsläpp av elektroner från ytan. Upptäckten av den fotoelektriska effekten gjordes först 1887 av Heinrich Hertz, en tysk fysiker, och fick därefter namnet Hertz-effekten. Många forskare tillbringade tid på att definiera dess egenskaper genom åren, och 1905 publicerade Albert Einstein fynd att det orsakades av kvanta av ljus känt som fotoner. Einsteins tydliga och eleganta förklaring av hur fotoelektroner producerades resulterade i att han vann Nobelpriset i fysik 1921.
För att fotoelektroner ska släppas ut från en yta måste ljusvåglängden ha ett tillräckligt lågt värde, såsom rött ljus. Fotoelektronemission är också en viktig funktion som används för att beskriva kvantmekanikens principer. Processen involverar en kvanta eller en enda foton av energi som absorberas av ett fast material om fotonens energi är större än energin i det övre valensbandet, eller det yttersta elektronskalet i materialet.
Fotoelektronspektroskopi är en process där den kinetiska energin från fotoner som släpps ut från en yta analyseras för att studera ytområdet för ett provmaterial. Två grundläggande typer av processen har använts. Röntgenspektroskopi studerar kärnnivåer i ett material med fotonenergiområden 200 till 2 000 elektron volt, och ultraviolett fotoelektronspektroskopi använder fotonenerginivåer mellan 10 och 45 elektron volt för att studera materialets yttre elektron eller valensskal. Från 2011 möjliggör den senaste synkrotronutrustningen, som är en magnetisk cyklotron som elektrostatiskt påskyndar partiklar, studier av energiområden mellan 5 och över 5 000 elektron volt så att separat forskningsutrustning inte längre är nödvändig. Dessa maskiner är dock dyra och komplexa, så de används inte ofta i fältet.
Från och med 2011 har fotoelektronspektrometerutrustning utvecklats med en elektrondetektor som kan arbeta i friluft och vid atmosfärstryck, vilket är nytt för fältet. Den kan mäta tjockleken på tunna filmer ner till nivåer så fina som 20 nanometer eller 20 miljarder meter av en meter. Maskinerna är stationära modeller som använder en ultraviolett ljuskälla och kan arbeta inom området 3,4 till 6,2 elektronvolt. De används för att analysera både metaller och halvledare som kisel.