ФОТОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ

ФОТОЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ (внеш­ний фо­то­эф­фект), ис­пус­ка­ние элек­тро­нов в ва­ку­ум или др. сре­ду твёр­ды­ми тела­ми и жид­ко­стя­ми под дей­ст­ви­ем элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния. Ф. э. – ре­зуль­тат трёх по­сле­до­ват. про­цес­сов: по­гло­ще­ния фо­то­на и по­яв­ле­ния элек­тро­на с вы­со­кой (по срав­не­нию со сред­ней) энер­ги­ей; дви­же­ния это­го элек­тро­на к по­верх­но­сти, в про­цес­се ко­то­ро­го часть энер­гии мо­жет рас­се­ять­ся; вы­хо­да элек­тро­на в др. сре­ду че­рез по­верх­ность раз­де­ла. Ко­ли­че­ст­вен­ной ха­рак­те­ри­сти­кой Ф. э. яв­ля­ет­ся кван­то­вый вы­ход Y – чис­ло вы­ле­тев­ших элек­тро­нов, при­хо­дя­щее­ся на 1 фо­тон, па­даю­щий на по­верх­ность те­ла. Ве­ли­чи­на Y за­ви­сит от свойств те­ла, со­стоя­ния его по­верх­но­сти и энер­гии фо­то­нов.

Ф. э. из ме­тал­лов воз­ни­ка­ет, ес­ли энер­гия фо­то­на пре­вы­ша­ет ра­бо­ту вы­хо­да A ме­тал­ла. Для чис­тых по­верх­но­стей боль­шин­ст­ва ме­тал­лов A>3 эВ, по­это­му Ф. э. из ме­тал­лов мо­жет на­блю­дать­ся в ви­ди­мой и УФ (для ще­лоч­ных ме­тал­лов и не­ко­то­рых щё­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов) или толь­ко в УФ (для ос­таль­ных ме­тал­лов) об­лас­тях спек­тра. Вбли­зи по­ро­га Ф. э. для боль­шин­ст­ва ме­тал­лов Y=10^–4 элек­трон/фо­тон. Ма­лая ве­ли­чи­на Y обу­слов­ле­на тем, что свет про­ни­ка­ет в ме­талл на глу­би­ну 10^–7 м и там в осн. по­гло­ща­ет­ся. Фо­то­элек­тро­ны при дви­же­нии к по­верх­но­сти взаи­мо­дей­ст­ву­ют с элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти, ко­то­рых в ме­тал­ле мно­го, и бы­ст­ро рас­сеи­ва­ют энер­гию, по­лу­чен­ную от из­лу­че­ния. Энер­гию, дос­та­точ­ную для со­вер­ше­ния ра­бо­ты вы­хо­да, со­хра­ня­ют толь­ко те фо­то­элек­тро­ны, ко­то­рые об­ра­зо­ва­лись вбли­зи по­верх­но­сти на глу­би­не, не пре­вы­шаю­щей 10^–9 м. Кро­ме то­го, по­верх­но­сти ме­тал­лов силь­но от­ра­жа­ют ви­ди­мое и ближ­нее УФ-из­лу­че­ния. На­не­се­ние мо­но­атом­ных плё­нок ще­лоч­ных и щё­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов на др. ме­тал­лы сни­жа­ет A и тем са­мым сдви­га­ет гра­ни­цу Ф. э. в длин­но­вол­но­вую об­ласть. Сни­же­ние A на­блю­да­ет­ся так­же в на­нок­ла­сте­рах ме­тал­лов, бла­го­да­ря т. н. под­по­ро­го­вой эмис­сии, об­лег­чаю­щей пе­ре­ход элек­тро­нов в по­верх­но­ст­ные со­стоя­ния.

В по­лу­про­вод­ни­ках и ди­элек­три­ках по­рог Ф. э. на­блю­да­ет­ся, ес­ли энер­гия элек­тро­нов пре­вос­хо­дит ши­ри­ну за­пре­щён­ной энер­ге­тич. зо­ны. В не­силь­но ле­ги­ро­ван­ных по­лу­про­вод­ни­ках элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти ма­ло, по­это­му рас­сея­ние энер­гии фо­то­элек­тро­нов на элек­тро­нах про­во­ди­мо­сти не­су­ще­ст­вен­но. В этих ма­те­риа­лах фо­то­элек­трон те­ря­ет энер­гию при взаи­мо­дей­ст­вии с элек­трона­ми ва­лент­ной зо­ны (удар­ная ио­ни­за­ция) или с те­п­ло­вы­ми ко­ле­ба­ния­ми кри­стал­лич. ре­шёт­ки (ро­ж­де­ние фо­но­нов). Вбли­зи по­ро­га Ф. э. Y=10^–6 элек­трон/фо­тон и да­же на от­но­си­тель­но боль­шом рас­стоя­нии от по­ро­га всё ещё не пре­вы­ша­ет 10^–4 элек­трон/фо­тон. Очи­ст­ка по­верх­но­сти по­лу­про­вод­ни­ка в сверх­вы­со­ком ва­куу­ме, на­не­се­ние на неё мо­но­сло­ёв из оп­ре­де­лён­ных ти­пов ато­мов или мо­ле­кул и спе­ци­аль­ное ле­ги­ро­ва­ние по­лу­про­вод­ни­ка по­зво­ля­ют соз­дать в тон­ком при­по­верх­но­ст­ном слое силь­ное внут­рен­нее элек­трич. по­ле, ус­ко­ряю­щее фо­то­элек­тро­ны, и умень­шить A так, что­бы она ста­ла мень­ше ши­ри­ны за­пре­щён­ной зо­ны.

Ф. э. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ре, в зву­ко­вос­про­из­во­дя­щей ки­но­ап­па­ра­ту­ре и в раз­но­об­раз­ных при­бо­рах ав­то­ма­ти­ки (фо­то­эле­мен­ты, фо­то­элек­трон­ные ум­но­жи­те­ли), в пе­ре­даю­щих те­ле­ви­зи­он­ных труб­ках (су­пер­ико­но­скоп, су­пер­ор­ти­кон), в ИК-тех­ни­ке (элек­трон­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­тель) и в др. уст­рой­ст­вах, пред­на­зна­чен­ных для ре­ги­ст­ра­ции из­лу­че­ний рент­ге­нов­ско­го, ульт­ра­фио­ле­то­во­го, ви­ди­мо­го и ближ­не­го ИК-диа­па­зо­нов, а так­же для хи­мич. ана­ли­за (см. Фо­то­элек­трон­ная спек­тро­ско­пия).