Olarak fizik , fotoelektrik etki (EPE) esas aksiyonuna tabi tutulan bir madde ile elektronların emisyonuna işaret etmektedir ışık . Uzantı olarak, bazen bir malzemenin ışığın hareketinin neden olduğu tüm elektrik olaylarını bir araya toplar. Daha sonra iki etkiyi ayırt edeceğiz: elektronlar malzemeden fırlatılır (fotoelektrik emisyon) ve malzemenin iletkenliğinin bir modifikasyonu ( fotoiletkenlik , fotovoltaik hücre içinde uygulandığında fotovoltaik etki , fotoelektrokimyasal etki, fotodirenç etkisi).
EPE tezahür ettiğinde, gelen fotonun tüm enerjisi derin katmanlardaki elektrona iletilir. Elektronu atomdan çıkarmak için minimum miktarda enerji gerekir, fazla enerji elektrona kinetik enerji şeklinde iletilir . Kısmi absorpsiyon, Compton saçılması ile karakterize edilir .
1839'da Antoine Becquerel ve oğlu Alexandre Edmond ilk kez bir fotoelektrik etki sundular. Deneyleri, bir sıvıya daldırılmış elektrotların aydınlatma ile değiştirilen elektriksel davranışını gözlemlemeyi mümkün kılar.
1887'de sonuçları Annalen der Physik bilimsel dergisinde yayınlayan Heinrich Rudolf Hertz tarafından anlaşıldı ve sunuldu . Fotoelektrik etki sayesinde, vakumda yayılmayı incelemek için düşük kinetik enerjili katot ışınları (daha sonra "yavaş" elektron demeti olarak yorumlanacaktır) elde etmek mümkün hale geldi; bir elektrik alanını değiştirerek , ışını yok edecek veya hatta yansıtacak kadar istediğimiz zaman kırabileceğimiz veya yavaşlatabileceğimiz ışınlar . Bu yeni olasılıklar kısa sürede alternatif akımın doğrultulması, TSF'de zayıf sinyallerin yükseltilmesi veya radyo iletiminde zayıflatılmamış taşıyıcı dalgaların üretilmesi gibi çok sayıda teknik uygulamaya sahipti (1913).
Ancak fotoelektrik etki üzerinde yapılan ölçümler, klasik emisyon teorisiyle çelişiyordu . Nitekim Newton mekaniğinin hesaplamalarıyla elde edilen elektronların fırlatılması için gerekli olan zaman aralığının değeri, deneysel değerden çok daha büyüktü. Einstein'a bu fotoelektrik etkiyi yorumlaması için ilham veren işte bu çelişkidir.
Böylece, Albert Einstein , 1905'te, şimdi foton olarak adlandırılan hafif parçacık kavramını ve 1900'de Max Planck tarafından ilk kez ortaya atılan enerji kuantumu kavramını, kendisinin önerdiği açıklamanın bir parçası olarak kullanan ilk kişi oldu. siyah cisim emisyonu . Einstein bu fenomen neden olduğu açıklanmaktadır emme ve fotonlar , kuanta ışık ile malzemenin etkileşim sırasında, ışık. Bu açıklama ona 1921'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı .
Fotoelektrik etki, genellikle metalik olan bir malzemenin elektron yaydığı fiziksel bir olgudur . Bu, malzeme ışığa veya yeterince yüksek frekanslı elektromanyetik radyasyona maruz kaldığında meydana gelebilir ; geleneksel mekanik tarafından sağlanmayan bu frekans eşiği malzemeye bağlıdır.
Işığın bir dalga olduğu düşünüldüğünde bu etki tatmin edici bir şekilde açıklanamaz . 1905'te kabul edilen teori ( Einstein'ın modelinden önce ), James Clerk Maxwell'in klasik elektromanyetizması , optik fenomenlerin çoğunu açıklamayı mümkün kıldı ; ama ışığı bir dalga olarak düşünürsek, yoğunluğunu artırarak ve yeterince uzun süre bekleyerek, elektronları ondan serbest bırakmak için malzemeye yeterli enerjiyi sağlayabilmeliyiz. Ancak deneyimler, ışık yoğunluğunun tek parametre olmadığını ve elektronların serbest kalmasına neden olan enerji aktarımının ancak belirli bir frekanstan gerçekleşebileceğini göstermektedir.
Einstein'ın yorumu, bir fotonun emilmesi, bu fenomenin tüm özelliklerini mükemmel bir şekilde açıklamayı mümkün kıldı. Işık kaynağındaki fotonlar, ışığın frekansı tarafından belirlenen karakteristik bir enerjiye sahiptir. Malzemenin bir elektronu bir fotonu soğurduğunda ve ikincisinin enerjisi yeterli olduğunda, elektron fırlatılır; aksi halde elektron malzemeden kaçamaz. Işık kaynağının yoğunluğunun arttırılması, fotonların enerjisini değil, sadece sayılarını değiştirdiğinden, malzemenin yaydığı elektronların enerjisinin ışık kaynağının yoğunluğuna bağlı olmadığı kolayca anlaşılır.
Fotonun atom tarafından soğurulmasından sonra, yayılan foto elektronun bir enerjisi vardır.
burada fotoelektronun bağlanma enerjisi ve bir absorbe foton enerjisi.
Düşük enerjilerde fotoelektrik etki baskındır, ancak atom numarası Z ile enine kesit hızla artar:
burada 4 ile 5 arasında değişir.
Bu işlemin önemli olduğu enerjilerde ve atom numaralarında, yayılan elektron çok kısa bir mesafede emilir, böylece enerjisinin tamamı dedektörde depolanır. X-ışınları , elektron emisyon sonucu elektronik geçit yeniden yayılırlar da ortam içinde emilir.
Literatürde "Radyasyon Onkolojisi Fiziği: Öğretmen ve Öğrenciler İçin Bir El Kitabı. EB Podgorsak" da şu denklemi bulmak mümkündür:
Bir fotonun enerjisi, Planck'ın ortaya koyduğu hipotez formülü ile karakterize edilir . fotonun enerji (Yunan harfi nu ) frekansı ve bir Planck sabitesi 6,626 076 x 10, -34 J . s . Fotonun enerjisinin frekansla orantılı olduğu ve dolayısıyla rengin bir fonksiyonu olarak değiştiği görülebilir.
Einstein'ın kanıtı, bir metal içindeki bağımsız atomlara bağlı elektronların hipotezine dayanmaktadır. Artık elektronların elektromanyetik dalganın frekansında bir plazmon oluşturduğunu biliyoruz . Bu nedenle sorun karmaşıktır.
- Harici fotoelektrik etki: bir fotoçoğaltıcı tüp (PMT), bu etkinin doğrudan bir uygulamasıdır. Gelen radyasyon tarafından yaratılan elektron, daha sonra artan voltajlı bir dinod sistemi ile çarpılır .
- Dahili fotoelektrik etki: Bir yarı iletkende gerçekleşir . Genellikle bir akıma yol açan, iletim bandındaki bir elektronun uyarılmasıdır. Bu, dedektör ( fotodiyot , fotoelektrik hücre ) olarak hizmet etmek için ölçülebilir veya elektrik sağlamak için toplanabilir ( fotovoltaik hücre ).