Лит.:
Вилесов Ф. И., Курбатов Б. Л., Теренин А. Н., «Докл. АН СССР», 1961, т. 138, с. 1329–32; Электронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1971.
М. А. Ельяшевич.
(обратно)
Фотоэлектро'нная эми'ссия,
внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения (фотонов) в вакуум или др. среды. Практическое значение в большинстве случаев имеет Ф. э. из твёрдых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Основные закономерности Ф. э. состоят в следующем: 1) количество испускаемых электронов пропорционально интенсивности излучения; 2) для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности и температуре Т
® 0 К существует порог – минимальная частота w0
(или максимальная длина волны l0
) излучения, за которой Ф. э. не возникает; 3) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности.
Ф. э. – результат 3 последовательных процессов: поглощения фотона и появления электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; движения этого электрона к поверхности, при котором 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 излучения, падающего на поверхность тела. Величина Y
зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.
Ф. э. из металлов возникает, если энергия фотона ( – Планка постоянная
,
w – частота излучения) превышает работу выхода
металла е
j. Последняя для чистых поверхностей металлов > 2 эв
(а для большинства из них > 3 эв
), поэтому Ф. э. из металлов (если работа выхода не снижена специальным покрытием поверхности) может наблюдаться в видимой и ультрафиолетовой (для щелочных металлов и бария) или только в ультрафиолетовой (для всех др. металлов) областях спектра. Вблизи порога Ф. э. для большинства металлов Y
~ 10-4
электрон/фотон. Малая величина Y
обусловлена тем, что поверхности металлов сильно отражают видимое и ближнее ультрафиолетовое излучение (коэффициент отражения R
> 90%), так что в металл проникает лишь малая доля падающего на него излучения. Кроме того, фотоэлектроны при движении к поверхности сильно взаимодействуют с электронами проводимости, которых в металле много (~ 1022
см
-3
), 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 несколько нм
(рис.
, а).
Менее «энергичные» фотоэлектроны могут пройти без потерь энергии в десятки раз больший путь в металле, но их энергия недостаточна для преодоления поверхностного потенциального барьера и выхода в вакуум.
С увеличением энергии фотонов Y
металлов возрастает сначала медленно. При
=
12 эв Y
чистых металлических плёнок (полученных испарением металла в высоком вакууме) составляет для Al 0,04, для Bi – 0,015 электрон/фотон. При > 15 эв
R
резко падает (до 5%), a Y
увеличивается и у некоторых металлов (Pt, W, Sn, Ta, In, Be, Bi) достигает 0,1–0,2 электрон/фотон. Случайные загрязнения могут сильно снизить j, вследствие чего порог Ф. э. сдвигается в сторону более длинных волн, и Y
в этой области может сильно возрасти. Резкого увеличения Y
и сдвига порога Ф. э. металлов в видимую область спектра достигают, покрывая чистую поверхность металла моноатомным слоем электроположительных (см. Ионизация
) атомов или молекул (Cs, Rb, Cs2
O), образующих на поверхности дипольный электрический слой. Например, слой Cs снижает (и соответственно сдвигает порог Ф. э.: для W – от 5,05 до 1,7 эв
, для Ag – от 4,62 до 1,65 эв,
для Cu – от 4,52 до 1,55 эв,
для Ni – от 4,74 до 1,42 эв
.
Ф. э. из полупроводников и диэлектриков. В полупроводниках
и диэлектриках
сильное поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов