ФОТОЭФФЕ́КТ

ФОТОЭФФЕ́КТ, ис­пус­ка­ние элек­тро­нов ве­ще­ст­вом под дей­ст­ви­ем элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния (фо­то­нов). От­крыт Г. Р. Гер­цем в 1887. Пер­вые фун­дам. ис­сле­до­ва­ния Ф. вы­пол­не­ны А. Г. Сто­ле­то­вым в 1888. Объ­яс­не­ние за­ко­нов Ф. на ос­но­ве кван­то­вых пред­став­ле­ний дал А. Эйн­штейн в 1905. Ф. мо­жет на­блю­дать­ся в га­зах на отд. ато­мах и мо­ле­ку­лах, а так­же в кон­ден­си­ро­ван­ных сре­дах (ме­тал­лах, по­лу­про­вод­ни­ках и ди­элек­три­ках). Сво­бод­ный элек­трон не мо­жет по­гло­тить фо­тон, т. к. при этом од­но­вре­мен­но не со­блю­да­ют­ся за­ко­ны со­хра­не­ния энер­гии и им­пуль­са. Ф. в ато­ме, мо­ле­ку­ле или кон­ден­си­ров. сре­де воз­ни­ка­ет из-за свя­зи элек­тро­на с ок­ру­же­ни­ем. Эта связь ха­рак­те­ри­зу­ет­ся в ато­ме энер­ги­ей ио­ни­за­ции, в кон­ден­си­ров. сре­де – ра­бо­той вы­хо­да. Ф. в ато­ме ха­рак­те­ри­зу­ет­ся по­гло­ще­ни­ем фо­то­на и по­сле­дую­щей ио­ни­заци­ей ато­ма с ис­пус­ка­ни­ем элек­тро­на, при этом энер­гия фо­то­на за вы­че­том энер­гии ио­ни­за­ции пе­ре­да­ёт­ся ис­пус­кае­мо­му элек­тро­ну.

В кон­ден­си­ров. сре­дах ме­ха­низм по­гло­ще­ния фо­то­нов за­ви­сит от их энер­гии. За­кон со­хра­не­ния энер­гии при Ф. вы­ра­жа­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем Эйн­штей­на: hν=ℰ_i+ℰ, где hν – энер­гия фо­то­на (ν – час­то­та элек­тро­маг­нит­ной вол­ны, h – по­сто­ян­ная План­ка), ℰ – ки­не­тич. энер­гия фо­то­элек­тро­на, ℰ_i – энер­гия ио­ни­за­ции ато­ма или ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­на из те­ла. При hν<ℰ_i Ф. с ис­пус­ка­ни­ем элек­тро­нов не­воз­мо­жен. В ме­тал­лах энер­гия фо­то­нов по­гло­ща­ет­ся элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти, в по­лу­про­вод­ни­ках и ди­элек­три­ках – ва­лент­ны­ми элек­тро­на­ми. В ре­зуль­та­те мо­жет на­блю­дать­ся фо­тоэлек­трон­ная эмис­сия (внеш­ний Ф.) с гра­нич­ной энер­ги­ей фо­то­нов, рав­ной ра­бо­те вы­хо­да, или внут­рен­ний Ф. с гра­нич­ной энер­ги­ей фо­то­нов, рав­ной ши­ри­не за­пре­щён­ной зо­ны (см. Фо­то­про­во­ди­мость, Фо­то­элек­три­че­ские яв­ле­ния). Раз­но­вид­но­стью внут­рен­не­го Ф. яв­ля­ет­ся вен­тиль­ный Ф., свя­зан­ный с воз­ник­но­ве­ни­ем эдс при ос­ве­ще­нии кон­так­та двух раз­ных по­лу­про­вод­ни­ков или по­лу­про­вод­ни­ка и ме­тал­ла (при от­сут­ст­вии внеш­не­го элек­трич. по­ля).

При вы­со­кой ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния воз­мо­жен мно­го­фо­тон­ный Ф. В этом слу­чае ос­во­бо­ж­даю­щий­ся элек­трон од­но­вре­мен­но по­лу­ча­ет энер­гию не от од­но­го, а от не­сколь­ких фо­то­нов. Ис­поль­зо­ва­ние гам­ма-из­лу­че­ния с вы­со­кой энер­ги­ей фо­то­нов мо­жет при­во­дить к вы­ры­ва­нию фо­то­элек­тро­нов из «глу­бо­ких» обо­ло­чек ато­ма и вы­зы­вать пе­ре­строй­ку ядер ато­мов (см. Фо­то­ядер­ные ре­ак­ции). Ф. ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в ис­сле­до­ва­ни­ях строе­ния ве­ще­ст­ва – атом­ных ядер, ато­мов, твёр­дых тел, а так­же в фо­то­элек­трон­ных при­бо­рах (в ча­ст­но­сти, в раз­но­об­раз­ных при­ём­ни­ках из­лу­че­ния).