Un photoélectron est un électron émis par une substance en raison de l’effet photoélectrique. L’effet photoélectrique se produit lorsqu’un matériau qui est généralement de nature métallique absorbe suffisamment de rayonnement lumineux pour que cela entraîne l’émission d’électrons à partir de sa surface. La découverte de l’effet photoélectrique a été faite pour la première fois en 1887 par Heinrich Hertz, un physicien allemand, puis a été nommée effet Hertz. De nombreux chercheurs ont passé du temps à définir ses propriétés au fil des ans et, en 1905, Albert Einstein a publié des découvertes selon lesquelles il était causé par des quanta de lumière appelés photons. L’explication claire et élégante d’Einstein sur la façon dont les photoélectrons ont été produits lui a valu le prix Nobel de physique en 1921.
Pour que des photoélectrons soient émis depuis une surface, la longueur d’onde de la lumière doit être d’une valeur suffisamment faible, telle que celle de la lumière UV. L’émission de photoélectrons est également une caractéristique clé utilisée pour décrire les principes de la mécanique quantique. Le processus implique qu’un quanta, ou un photon unique d’énergie soit absorbé par un matériau solide si l’énergie du photon est supérieure à l’énergie de la bande de valence supérieure ou de la couche électronique la plus externe du matériau.
La spectroscopie photoélectronique est un processus dans lequel l’énergie cinétique des photons émis par une surface est analysée pour étudier la région de surface d’un échantillon de matériau. Deux types de base du processus ont été utilisés. La spectroscopie aux rayons X étudie les niveaux de base d’un matériau en utilisant des gammes d’énergie photonique de 200 à 2,000 10 électrons-volts, et la spectroscopie photoélectronique ultraviolette utilise des niveaux d’énergie photonique compris entre 45 et 2011 électrons-volts pour étudier les couches externes d’électrons ou de valence du matériau. Depuis 5, le dernier équipement synchrotron, qui est un cyclotron magnétique qui accélère électrostatiquement les particules, permet d’étudier des gammes d’énergie comprises entre 5,000 et plus de XNUMX XNUMX électrons-volts, de sorte qu’un équipement de recherche séparé n’est plus nécessaire. Ces machines sont cependant coûteuses et complexes, de sorte qu’elles ne sont pas largement utilisées sur le terrain.
Depuis 2011, un équipement de spectromètre photoélectronique a été développé avec un détecteur d’électrons pouvant fonctionner à l’air libre et à pression atmosphérique, ce qui est nouveau dans le domaine. Il est capable de mesurer l’épaisseur de films minces jusqu’à des niveaux aussi fins que 20 nanomètres, ou 20 milliardièmes de mètre. Les machines sont des modèles de bureau qui utilisent une source de lumière ultraviolette et peuvent fonctionner dans une plage de 3.4 à 6.2 électrons-volts. Ils sont utilisés pour analyser à la fois les métaux et les semi-conducteurs tels que le silicium.