fotoelektriniai reiškiniai

fotoelektrniai reiškinia (gr. phōs – šviesa, kilm. phōtos + ēlektron – gintaras), reiškiniai, kurie vyksta dėl elektromagnetinės spinduliuotės ir medžiagos sąveikos, kai fotonų energija perduodama medžiagos krūvininkams. Prie fotoelektrinių reiškinių priskiriama išorinis, vidinis, užtvarinis (ventilinis) fotoefektas, fotopjezoelektrinis efektas (vienalytį puslaidininkį apšviečiant elektromagnetine spinduliuote ir tuo pat metu spaudžiant viena kryptimi atsiranda elektrovara), fotomagnetoelektrinis efektas (magnetiniame lauke esantį puslaidininkį arba metalą apšvietus tam tikro bangos ilgio šviesa atsiranda elektrinis laukas), elektroninis fototermomagnetinis efektas (magnetiniame lauke esantį vienalytį puslaidininkį arba metalą apšvietus elektromagnetine spinduliuote, kurios energiją sugeria laisvieji krūvininkai, atsiranda elektrovara), fotolaidumas ir kiti. Išorinis fotoefektas vyksta taip: fotoną sugėręs elektronas įgyja papildomos energijos ir juda prie kūno paviršiaus, įveikia paviršiaus potencialo barjerą ir išlekia iš kūno. Metaluose išorinį fotoefektą, atsirandantį apšvietus juos regimąja ir ultravioletine spinduliuote, lemia spinduliuotę sugeriantys laidumo elektronai. Puslaidininkiuose ir dielektrikuose išorinis fotoefektas atsiranda spinduliuotei sukėlus elektronų šuolius iš surištųjų būsenų (valentinės juostos ar priemaišinių lygmenų) į laidumo juostas. Dujose fotoelektriniai reiškiniai reiškiasi atomų arba molekulių jonizavimu, vykstančiu nuo spinduliuotės poveikio (fotojonizavimas). Išorinį fotoefektą nusako Einsteino lygtis: hν = A + mv²/2; čia hν – fotono energija (h – Plancko konstanta, ν – spinduliuotės dažnis), A – elektrono išlaisvinimo darbas, m – elektrono rimties masė, v – išspinduliuoto elektrono (fotoelektrono) greitis. Išorinis fotoefektas įvyksta, kai spinduliuotės dažnis didesnis arba lygus A/h. Dažnis ν₀ = A/h arba jį atitinkantis bangos ilgis λ₀ = ch/A (c – šviesos greitis) vadinamas raudonąja fotoefekto riba. Iš medžiagos išspinduliuotų fotoelektronų skaičius proporcingas ją veikiančios spinduliuotės intensyvumui. Spinduliuotės dažniui didėjant didžiausia fotoelektronų kinetinė energija didėja tiesiškai ir nepriklauso nuo šviesos intensyvumo. Kai medžiaga apšviečiama rentgeno arba gama spinduliuotės fotonais, medžiagos atomai, sugėrę energiją, gali išmesti elektroną ir iš kurios nors atomo vidinės orbitos. Atomas sužadinamas ir spinduliuoja antrinius rentgeno spinduliuotės fotonus arba papildomus fotoelektronus. Kai medžiaga apšviečiama intensyvia (lazerine) spinduliuote, gali įvykti dvifotonė sugertis (vienu metu sugeriami du fotonai) ir išorinis fotoefektas gali vykti nuo spinduliuotės, kurios bangos ilgis gerokai didesnis už raudonosios fotoefekto ribos bangos ilgį λ₀. Vidinis fotoefektas aptinkamas ir tiriamas pagal krūvininkų (skaičiaus bei išsidėstymo) pokytį medžiagos viduje, t. y. pagal fotolaidumo ir fotoelektrovaros atsiradimą. Vidinis fotoefektas būdingas puslaidininkiams ir dielektrikams. Į medžiagą krintančio fotono energijos turi pakakti, kad elektronas galėtų pereiti iš užpildytos valentinės juostos į laidumo juostą. Priemaišiniame puslaidininkyje fotono energija gali būti mažesnė, nes elektronas iš priemaišinių donorinių lygmenų pereina į laidumo juostą arba iš valentinės juostos į priemaišinius akceptorinius lygmenis. Vidinis fotoefektas elektroninio ir skylinio puslaidininkių sandūroje vadinamas užtvariniu (ventiliniu) fotoefektu. Kai p ir n puslaidininkis sugeria ν ≥ ν₀ dažnio fotoną, juose susikuria laisvųjų krūvininkų (elektronų ir skylių) poros, kurias suskaido pn sandūros elektrinis laukas ir elektronai pereina į n puslaidininkį, o skylės – į p puslaidininkį. Skylinis puslaidininkis tampa teigiamas, o elektroninis – neigiamas, tarp jų atsiranda potencialų skirtumas ir uždaroje išorinėje grandinėje pradeda tekėti elektros srovė. Užtvarinis fotoefektas naudojamas fotoelektriniams srovės šaltiniams kurti. Išorinį fotoefektą 1887 atrado H. R. Hertzas; pagrindinius jo dėsnius 1905 paskelbė A. Einsteinas.

1333

-fotoefektas