प्रकाशवैद्युत प्रभाव

प्रकाशवैद्युत प्रभाव में पर्याप्त आवृत्ति का प्रकाश भौतिक सतह से इलेक्ट्रॉन निकाल सकता है। मुख्य तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा प्रकाश तीव्रता से नहीं बल्कि फोटॉन आवृत्ति से नियंत्रित होती है, जिसने प्रकाश की परिमाणीकरण को स्थापित करने में निर्णायक भूमिका निभाई।

दहलीज आवृत्ति

सामग्री कार्य फ़ंक्शन φ सतह से इलेक्ट्रॉन निकालने की न्यूनतम ऊर्जा पैमाना है। यदि hν<φ, आदर्श एकल-फोटॉन फोटो उत्सर्जन नहीं होता चाहे तीव्रता कितनी भी बढ़ाई जाए। दहलीज आवृत्ति ν₀=φ/h और संगत दहलीज तरंग दैर्ध्य λ₀=एच.सी/φ।

यह शास्त्रीय तरंग चित्र के विपरीत प्रमुख अवलोकन था, जहाँ अधिक तीव्रता से पर्याप्त ऊर्जा संचय की अपेक्षा की जा सकती थी।

आइंस्टीन समीकरण

अधिकतम उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा K_अधिकतम=hν−φ। प्रायोगिक रोक क्षमता V_s से eV_s=K_अधिकतम मिलता है। इसलिए V_s बनाम आवृत्ति ग्राफ की ढलान h/e और अवरोधन कार्य फ़ंक्शन से संबंधित है।

इलेक्ट्रॉन सामग्री में अलग प्रारंभिक ऊर्जा रखते हैं और टकराव कर सकते हैं, इसलिए उत्सर्जित स्पेक्ट्रम में सभी इलेक्ट्रॉन K_अधिकतम पर नहीं होते।

तीव्रता की भूमिका

आवृत्ति सीमा से ऊपर हो तो तीव्रता बढ़ाने से फोटॉन प्रवाह और सामान्यतः उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गिनती/वर्तमान बढ़ सकता है, लेकिन आदर्श मोनोक्रोमैटिक मामला में K_अधिकतम नहीं बढ़ता। K_अधिकतम आवृत्ति बढ़ाने से बढ़ता है।

यह भेद—तीव्रता नियंत्रण संख्या, आवृत्ति नियंत्रण प्रति-फोटॉन ऊर्जा—फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का केंद्रीय शैक्षणिक बिंदु है।

त्वरित उत्सर्जन

फोटोइलेक्ट्रॉन आपतित प्रकाश आने पर बहुत छोटी समयमान पर निकल सकते हैं; लंबे समय तक शास्त्रीय ऊर्जा संचय में देरी नहीं दिखता। फोटॉन अवशोषण स्थानीयकृत क्वांटम घटना के रूप में मॉडल किया जाता है।

वास्तविक सतहें पर संदूषण, बैंड संरचना और इलेक्ट्रॉन परिवहन मापी गई उपज व ऊर्जा को प्रभावित करते हैं।

अनुप्रयोग और आधुनिक दृश्य

फोटोडायोड, फोटोमल्टीप्लायर और फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी फोटॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन का उपयोग करते हैं। सेमीकंडक्टर डिटेक्टर में बैंड गैप और आंतरिक फोटोउत्तेजना भी महत्वपूर्ण होते हैं; हर प्रकाश डिटेक्टर बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक उत्सर्जन नहीं करता।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव फोटॉन के कण जैसी ऊर्जा क्वांटा दिखाता है, लेकिन हस्तक्षेप और विवर्तन प्रकाश की तरंग व्यवहार दिखाते हैं। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स इन दोनों पहलुओं को एकीकृत ढाँचा में रखती है।

अभ्यास

कार्य समारोह

φ=2.0 eV, फोटॉन 3.5 eV।

हल: K_अधिकतम=1.5 eV।

रुकने की सम्भावना

K_अधिकतम=1.5 eV।

हल: V_s=1.5 V।

सीमा से नीचे

hν=1.8 eV, φ=2.0 eV।

हल: आदर्श एकल-फोटॉन उत्सर्जन नहीं, तीव्रता बढ़ाने से दहलीज समस्या हल नहीं होती।