Фотоэффект

Внешний Ф. был объяснен А. Эйнштейнов (1905 г.) на основе представлений о квантовой природе света. Свободный электрон не может поглотить фотон, Ф. возможен лишь при наличии связи электрона с атомом, молекулой или конденсированной (твердой или жидкой) средой. Эта связь характеризуется в атоме энергией ионизации, в конденсированной среде, напр. в кристалле, работой выхода.

При поглощении отдельного фотона его энергия расходуется на работу выхода электрона из вещества и на сообщение ему нек-рой кинетич. энергии. Поэтому существует наименьшая (пороговая) частота эл.-магн. излучения , способного вызвать Ф., при к-рой энергия фотона достаточна только для совершения работы выхода электрона.

Каждый фотон монохроматич. излучения сообщает выбиваемому электрону прибл. одинаковую энергию. Поэтому от интенсивности потока фотонов зависит не скорость выбитых электронов, а их число. Количественной характеристикой фотоэлектронной эмиссии явл. квантовый выход Y - число вылетевших электронов (фотоэлектронов), приходящихся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела (вблизи порога Ф. для большинства металлов Y электронов на 1 фотон). Макс. начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, она определяется частотой света. Если между облучаемым веществом и к.-л. проводником (анодом) создать электрич. поле, ускоряющее фотоэлектроны, то возникает упорядоченное движение этих электронов - фотоэлектрич. ток (фототок).

Ускоряемые электрич. полем электроны приобретают дополнит. энергию. Такие электроны могут ионизировать газ или выбивать вторичные электроны из вещества, усиливая тем самым фототок. Эти принципы усиления фототока лежат в основе работы фотоумножителей, электронно-оптич. преобразователей и др. фотоэлектрич. приемников излучения, применяемых в астрономии для регистрации слабых световых потоков. Спектр. чувствительность приборов, в к-рых используется внеш. Ф., зависит прежде всего от характеристик фотокатода - нанесенного на спец. подложку слоя металла или полупроводника, из к-рого излучение выбивает электроны.

При внутреннем Ф., характерном для полупроводников, поглощение фотонов приводит к перераспределению электронов по энергетич. состояниям: электроны заполненной (валентной) энергетич. зоны переходят в зону проводимости и становятся носителями тока. В результате либо уменьшается электрич. сопротивление вещества (на этом принципе работает фотосопротивление), либо на границе полупроводника с др. полупроводником или проводником возникает электродвижущая сила. На явлении внутр. Ф. основано действие полупроводниковых фильтров, используемых в ИК-астрономии. Эти фильтры пропускают излучение с частотой , энергия фотонов которого недостаточна для того, чтобы вызывать Ф.

Лит.:
Лансберг Г.С., Оптика, 5 изд., М., 1976 (Общий курс физики); Фотопроводимость. Сб. ст., пер. с англ., М., 1967; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Васильев А.М., Ландсман А.П., Полупроводниковые фотопреобразователи, М., 1971.

(А.В. Засов)