fotonionisaation

Fotonionisaatio on prosessi, jossa fotoni riittää poistamaan elektronin atomista, molekyylistä tai ionista. Tapahtuma tapahtuu, kun fotonin energia hν ylittää ionisaatioenergian I_p. Prosessi voi tapahtua yhdellä fotonilla tai useamman fotonin yhteisvaikutuksena.

Yksifotonisessa ionisaatiossa elektronin poistuminen tapahtuu, kun fotonin energia ylittää I_p. Elektronin kineettinen energia on noin hν − I_p, ja ionisaatio voidaan kuvat taustalla fotonien energioiden ja elektronin spektrin avulla. Todennäköisyys riippuu ionisaatiokyvystä sekä valon ominaisuuksista ja materiaaleista.

Monifotonisessa ionisaatiossa, joka esiintyy intensiivisessä säteilyssä kuten laser-säteilyssä, useat fotonit voivat yhdessä poistaa elektronin. Tämä ei-lineaarinen prosessi on herkkä valon intensiteetille: ionisaatiotodennäköisyys kasvaa suuremman potenssin kuin lineaarisesti. Monifotoninen ionisaatio mahdollistaa ionisaation silloin, kun yksittäisen fotonin energia ei riitä.

Above-threshold ionization (ATI) kuvaa tilannetta, jossa elektronin kineettinen energia on suurempi kuin minimaalinen arvo. Spektrissä on piikkejä, joiden väli on fotonien energian suuruus (ħω), ja näitä piikkejä voidaan käyttää osoittamaan elektronin alkuperäistä tilaa sekä säteilyn ominaisuuksia.

Fotonionisaatiolla on olennaista merkitystä fotoelektronisen spektroskopian, atomi- ja molekyylirakenteen tutkimuksessa sekä astro- ja plasmafysiikassa. Teoreettisesti ilmiötä mallinnetaan sekä kvanttimekaniikalla (esim. aika- riippuvainen Schrödingerin yhtälö) että perturbatiivisilla menetelmillä, riippuen valon voimakkuudesta. Prosessi tuottaa ionisoidun osan ja vapaan fotoelektronin, ja sen energian sekä kulman jakauma paljastavat alkuperäisestä elektronista tietoa.