Kinetische Energie von Photoelektronen

Dabei bin ich auf folgende Frage gestoßen:

Ein Energiephoton H v wird von einem freien Elektron eines Metalls mit Austrittsarbeit absorbiert W < H v . Dann:

  1. Das Elektron wird sicher herauskommen

  2. Das Elektron wird sicher mit kinetischer Energie herauskommen H v − W

  3. Entweder kommt das Elektron nicht heraus oder es kommt mit einer kinetischen Energie heraus H v − W

  4. Es kann mit weniger als kinetischer Energie auskommen H v − W

Beide Möglichkeiten 1. und 2. scheinen mir richtig zu sein. Die richtige Antwort lautet jedoch 4.! Wie ist das so? Ist nicht W die Energiemenge, die zum Ausstoßen des am stärksten gebundenen Elektrons im Metall erforderlich ist? Warum besteht dann die Möglichkeit, dass es nicht mit kinetischer Energie herauskommt? H v − W ?

Der Prozess findet innerhalb eines Metallgitters statt. Das Elektron kann mit viel "Zeug" kollidieren, bevor es überhaupt das Vakuum erreicht.
Oder, auch ohne mit irgendetwas zu kollidieren, in die falsche Richtung fährt.
Unsicherheit :) Option 4 verwendet die gute Formulierung für ein einzelnes Elektron
Ja, Option 4 scheint viel besser zu sein.

Antworten (2)

Photoemission in dem üblichen Experiment ist ein zweistufiger Prozess. Zuerst erzeugt das einfallende Photon ein Photoelektron in der Masse des Metalls:

Anfängliches Photoelektron

Die Quanteneffizienz dafür ist fast 100 % dh fast jedes Photon, das auf das Metall trifft, erzeugt ein primäres Photoelektron. Dieses Photoelektron bewegt sich jedoch in die gleiche Richtung wie das ursprüngliche Photon, dh nach unten in die Masse des Metalls. Damit das Elektron von der Oberfläche entkommen kann, muss es herumrasseln und von anderen Elektronen und Kernen im Metall abprallen:

Sekundäres Photoelektron

Dieses Verfahren ist jedoch sehr ineffizient. Nur über 1 In 100 , 000 der primären Photoelektronen gelingt es, zur Oberfläche zurückzuprallen und zu entkommen. Die Gesamtausbeute beträgt also etwa ein von der Oberfläche emittiertes Photoelektron pro hunderttausend Photonen.

Das Elektron verliert normalerweise etwas Energie Δ E Während es herumspringt, verliert es eine Energie, die der Austrittsarbeit entspricht, wenn es von der Oberfläche entweicht, sodass die endgültige Elektronenenergie lautet:

E = H v − Δ E − W

Die Austrittsarbeit ist eine Konstante, aber die Energie, die beim Streuen verloren geht, Δ E , ist sehr variabel und kann von fast null bis zu so groß reichen, dass das Elektron niemals entweicht.

Ich werde Ihre Fragen 1 bis 4 nicht im Detail durchgehen, da dies offensichtlich eine Hausaufgabenfrage ist. Aus der obigen Erklärung sollten Sie jedoch in der Lage sein, herauszufinden, was die Antworten sind.

Oh wow, ich habe nicht einmal an dieses Herumruckeln von Elektronen gedacht, bevor sie entkommen! Vielen Dank!
Unsinn: Das meiste Licht, das auf ein Metall trifft, wird reflektiert. Und viele Photoelektronen werden direkt emittiert, wie ARUPS (winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie) zeigt.
"Fast jedes Photon, das auf das Metall trifft, erzeugt ein primäres Photoelektron." Das kann nicht stimmen, denken Sie an einen gut polierten Metallspiegel (eigentlich haben Glasspiegel eine Metalloberfläche zur Reflexion)r. Es reflektiert Farben und Bilder, was bedeutet, dass sehr wenig Energie durch die elastische Streuung einzelner Photonen verloren geht.

Die Arbeitsfunktion W ist die minimale Photonenenergie, die erforderlich ist, um das Elektron bei photoelektrischer Wechselwirkung aus dem Metall auszustoßen, dh die Energie des am wenigsten fest gebundenen Elektrons im Gitter. Wenn die Energie des Photons jedoch höher als W ist, kann es die Elektronen ausstoßen, die fester im Metall gebunden sind, daher Photoelektronen mit einer Energie von weniger als H v − W kann auch ausgeworfen werden.

Photoelektronenspektrum

Ist es eine Gaußsche oder eine QM-Born-Verteilung?
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