Fotolemissiossa

Fotolemissio on ilmiö, jossa valon fotonit aiheuttavat elektronin poistumisen aineen pinnalta. Yleisimmin kyseessä on kiinteät aineet, kuten metallit tai puolijohteet, ja ilmiötä tutkitaan sekä pinnan elektronisen rakenteen että materiaalin ominaisuuksien selvittämiseksi. Fotolemissio syntyy, kun fotonin energian määrä ylittää aineen työfunktion ja siten elektronin pysyminen pinnalla ei ole enää mahdollista.

Periaate perustuu energian tasapainoon: fotonin energia hν sekä elektronin alkuperäisen tilan sitoutumisenergia (yleensä työn funktion φ) määrittävät, kuinka paljon energiaa elektronin kinettiseen energiaan jää. Kineettinen energia on usein esitetty kaavalla E_k = hν − φ − E_b, missä E_b on elektronin alkuperäisen tilan sitoutuva energia. Eri fotonien energioilla ja työfunktion arvoilla voidaan saada erilaisia poiskuljettujen elektronien energioita. Kiinteissä aineissa fotolemissiosta voidaan hyödyntää sekä yksittäisten elektronien että elektronijonojen tutkimista.

Historia ja kehitys: fotoleissio havaittiin ja systematisoitiin 1800–1900-luvuilla, ja Albert Einstein selitti ilmiön 1905 valosysteemillään, jonka perusteella valo kuvattiin fotoneiksi. Teoria johti myöhemmin laajaan käyttöön fotolemissiospektroskopiassa (PES) ja erityisesti käänteisen ja kulmaarvoisen PES:n sovelluksiin, joilla voidaan tutkia materiaalien elektronista rakennetta sekä pinnan ominaisuuksia, kuten työfunktiota ja elektronisen rakenteen energettistä jakautumista.

Käytännössä fotolemissiota tarkastellaan tyypillisesti ultraäänellä tai UV- ja X- säteillä valaistussa oikeassa ympäristössä, jolla minimoidaan kappaleen kontaminaatio. Tunnusmerkkejä ovat pinnan puhdistus, korkea imukyky ja havainto elektronien energiasta ja suunnasta. Fotolemissio on keskiössä pintatieteen ja materiaalitutkimuksen kehittyessä nykyisin.