Valosähköinen ilmiö
Valosähköinen ilmiö osoittaa, että valon ja elektronien energianvaihto on kvantittunutta. Elektroni voi irrota pinnasta, jos fotonin energia hν ylittää työn irrotusenergian Φ. Suuri intensiteetti liian pienellä taajuudella ei korvaa yksittäisen fotonin puuttuvaa energiaa.
Kynnys
Kun hν<Φ, yksinkertainen malli ei anna fotoemissiota. Kun hν>Φ, ylimäärä voi muuttua elektronin liike-energiaksi. Kynnystaajuus on ν₀=Φ/h.
Einsteinin yhtälö
K_max=hν−Φ. Pysäytysjännite täyttää eV_s=K_max. Riippuvuuden kulmakerroin taajuudesta antaa h/e.
Intensiteetti
Taajuuden ollessa kynnyksen yläpuolella suurempi intensiteetti merkitsee enemmän fotoneja aikayksikössä ja voi kasvattaa fotovirtaa, mutta K_max ei kasva pelkällä intensiteetillä.
Klassinen ristiriita
Klassinen aaltoajatus voisi ennustaa asteittaista energian kertymistä. Havaittu taajuuskynnys ja nopea emissio sopivat luonnollisesti fotonin energiapakettiin hν.
Todellinen pinta
Työfunktio riippuu pinnan kiderakenteesta, epäpuhtauksista ja adsorbaateista. Kiinteän aineen vyörakenne tekee ilmiöstä rikkaamman kuin yksittäinen vapaa elektroni.
Fotoelektronispektroskopia
Kun fotonien energia tunnetaan ja elektronien liike-energia mitataan, voidaan päätellä sidosenergioita, alkuainekoostumusta ja kemiallisia tiloja pinnan lähellä.
Aalto ja kvantti
Valosähköinen ilmiö ei kumoa interferenssiä ja diffraktiota. Kvanttiteoria yhdistää aaltomaisen etenemisen ja kvantittuneen energianvaihdon.
Kvanttitehokkuus
Kaikki fotonit eivät tuota havaittavaa elektronia. Fotonin absorptiosyvyys, elektronin sironta ja pinnan läpäisy vaikuttavat kvanttitehokkuuteen. Siksi ilmaisimen herkkyys riippuu voimakkaasti materiaalista ja aallonpituudesta.
Ultranopea prosessi
Energian tasapaino K=hν−Φ ei yksin kuvaa ajallista dynamiikkaa. Femto- ja attosekuntilaserit voivat mitata elektronien vapautumiseen liittyviä hyvin pieniä aikaviiveitä ja testata yksityiskohtaisia monielektronimalleja.
Pysäytysjännite
Keräyselektrodia negatiiviseksi säätämällä fotoelektroneja voidaan jarruttaa. Kun jännite juuri estää energisimmänkin elektronin pääsyn keräimelle, eV_s=K_max. Menetelmä mittaa energiarajan suoraan ja tekee K_max:n lineaarisen taajuusriippuvuuden näkyväksi.
Kyllästysvirta
Positiivista keräysjännitettä kasvatettaessa fotovirta voi saavuttaa kyllästymisen, jossa lähes kaikki emittoituneet elektronit kerätään. Lisäjännite ei tällöin luo uusia fotoelektroneja; maksimivirtaa määräävät fotonivuon lisäksi pinnan kvanttitehokkuus ja geometria.
Harjoitus
Φ=2,2 eV ja fotoni 3,0 eV. Mikä K_max?
Ratkaisu
K_max=0,8 eV.