Terskelbølgelengde

Terskelbølgelengde, eller threshold wavelength på norsk, er den lengste eller korteste bølgelengden som kan utløse en bestemt elektronisk eller fotonisk prosess i et materiale. Begrepet brukes særlig i sammenheng med fotoelektriske effekter, fotodeteksjon og elektronavbøyde overgangsprosesser i halvledere eller andre materialer. Den aktuelle terskelbølgelengden avhenger av det energi-madet arbeidet eller bandgapet i materialet og gir en grense for om passende fotoner kan generere elektroner eller andre excitations.

I fotoelektrisk effekt er terskelbølgelengden λ_th gitt av λ_th = h c / φ, der h er Plancks konstant, c er lysfarten, og φ er arbeidfunksjonen til materialet. Fotoner med kortere bølgelengde (høyere energi) kan frigjøre elektroner og gir kinetisk energi φ_sub = E_photon − φ. Photodetektorer og fotovoltaiske enheter har tilsvarende terskelbølger som bestemmer hvilken del av spekteret de kan respondere på; for eksempel kommer absorpsjon i et semikonkulatorelt materiale kun hvis fotonenergien er større enn bandgapet Eg, slik at λ ≤ λ_th hvor λ_th = h c / Eg.

I praksis brukes terskelbølgelengde til å karakterisere materialers elektromagnetiske respons og å designe fotosensitive komponenter, filtere og solceller. Den kan måles ved å undersøke emission eller absorpsjon når lysfrekvensen varierer, eller ved å analysere spektrale responskurver og identifisere grensepunkter der responsen begynner eller opphører. Eksempler viser at forskjellige materialer har svært ulike λ_th, avhengig av arbeidfunksjon eller bandgap.