fotojonisering

Fotojonisering is het proces waarbij een elektron uit een atoom, ion of molecuul wordt verwijderd door absorptie van een foton met voldoende energie. De benodigde energie is de ionisatie-energie van het betrokken elektron; een foton levert hf, waarbij h Plancks constante is en f de fotonenfrequentie. Als hf ≥ I, wordt het elektron uit de bindingslaag verwijderd en heeft het vrijgekomen elektron kinetische energie KE = hf − I.

Er bestaan meerdere ionisatiemechanismen. Bij voldoende hoge fotonenergie kan één foton al leiden tot ionisatie. Bij lagere fotonenergie kan, bij sterke lichtintensiteit, multi-fotonionisatie optreden. In sterke velden kan ook tunneling ionisatie optreden. In gasfase- en plasmasystemen bepaalt de fotonenergie en de fotonflux de kans op ionisatie en de verdeling van kinetische energie van de ejected elektronen. In vaste stoffen is fotojonisering nauw verbonden met het werkingsvermogen van het oppervlak; de relatie E_photon = KE + φ (waar φ het werkingsvermogen is) geldt hier als een equivalente beschrijving van het fotoelektrische effect.

Metingen van fotojonisatie worden veelvuldig toegepast in fotoelektronische spectroscopie (PES), waaronder X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) en ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS). Deze technieken leveren informatie over bindingsenergieën en elektronische structuur. Fotojonisatie wordt ook in massaspectrometrie gebruikt als ionisatiemethode.

In de astronomenie speelt fotojonisering een sleutelrol bij de ionisatie van interstellaire en intergalactische gaswolken door UV-straling afkomstig van sterren en actieve nuclei. Dit proces beïnvloedt emissiespectra, gasontleding en de evolutie van galactische omgevingen, en wordt bestudeerd met fotoionisatie-modellen zoals CLOUDY.

Historisch werd de fotonionisatie door Albert Einstein verklaard als onderdeel van zijn kwantumtheorie voor het fotonisch gedrag van licht.