fotoelektroni

I fotoelettroni sono elettroni espulsi da un materiale, tipicamente un metallo, quando assorbono fotoni con energia sufficiente. Il fenomeno si osserva quando la luce incide su una superficie in vuoto ed è alla base dell’effetto fotoelettrico. Secondo l’equazione di Einstein sull’effetto fotoelettrico, l’energia cinetica degli elettroni emessi è Ek = hν − φ, dove h è la costante di Planck, ν la frequenza della luce e φ il lavoro di estrazione (work function) del materiale. Deve valere hν > φ per l’emissione; in caso contrario non si verifica emissione. Si può definire una frequenza soglia ν0 = φ/h.

Alla intensità fissata, il numero di fotoelettroni emessi è approssimativamente proporzionale al flusso fotonico superiore alla soglia; la quantità dipende anche dalla condizione della superficie e dalla polarizzazione della luce. L’energia cinetica massima può essere misurata mediante una potenziale di arresto in un rilevatore di elettroni, esperimento classico che ha permesso di determinare il lavoro di estrazione e di dimostrare la natura quantistica della luce.

Nota storica: Albert Einstein spiegò l’effetto nel 1905, per cui ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1921. L’effetto fotoelettrico è diventato uno strumento chiave nell’analisi della superficie e nella spettroscopia; tra le tecniche si annoverano la spettroscopia fotoelettronica XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) e UPS (ultraviolet photoelectron spectroscopy), che permettono di analizzare la struttura elettronica e la composizione chimica dei materiali.

Applicazioni includono rivelatori fotonici, tubi fotomoltiplicatori e celle solari, che sfruttano i processi di emissione fotoelettrica in materiali. Nella scienza moderna, i fotoelettroni sono studiati su vuoto e sulle superfici per comprendere la struttura elettronica, i potenziali di lavoro e le proprietà catalitiche.