Estaba jugando con esta simulación PheT: https://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
Bajo un cierto umbral de longitud de onda y una intensidad del 20%, los electrones se emitían desde la superficie del sodio. Sin cambiar nada, los electrones no compartían la misma velocidad. ¿Por qué?
En este momento, asumo que los átomos en los que se emiten los electrones son todos iguales en términos de configuración de nivel de energía. Por ejemplo, para que un electrón salte de n=1 a n=2, se necesitaría un fotón que contenga 3eV (que lo compongan por cierto) de energía, el electrón ignora todos los fotones que contengan una cantidad diferente de energía.
Ahora, también bajo la suposición de que la frecuencia de los paquetes de fotones entrantes permanece constante en todo momento, ¿no tendría sentido que los electrones emitidos viajaran todos a la misma velocidad?
TL; DR: si un electrón requiere una cantidad discreta de energía para saltar, y si los paquetes de fotones brillan en una superficie metálica sin cambiar la frecuencia (todos tienen la misma energía), ¿por qué algunos electrones viajan más rápido que otros cuando se emiten como si fueran capaces de recibir más energía?
La foto-emisión no es un proceso simple de un solo paso. El fotón incidente excita un electrón, pero el momento del fotoelectrón inicial está en la misma dirección que el fotón incidente, es decir, hacia abajo en la mayor parte del metal. Para que el electrón se emita como fotoelectrón, tiene que retrodispersarse de otro electrón en el metal o tiene que transferir su energía a algún otro electrón para que el electrón pueda regresar a la superficie.
Como puede imaginar, estos son eventos bastante improbables, y es por eso que solo se emite un fotoelectrón por cada a fotones El rendimiento cuántico inicial es casi del 100 %, es decir, casi todos los fotones excitan un electrón que se dirige hacia el metal, pero solo entre el 0,001 % y el 0,0001 % de estos electrones iniciales logran retrodispersarse con suficiente energía para abandonar el metal.
Esto también explica por qué la energía de los electrones emitidos tiene un rango continuo. La retrodispersión es un proceso aleatorio y algunos electrones se retrodispersarán con casi toda su energía inicial, mientras que otros se retrodispersarán con solo una pequeña energía.
Hay varios factores que determinan la energía adquirida por un fotoelectrón:
la estructura de la superficie del cristal determina la función de trabajo, lo que significa que la superficie (111) es diferente de la (100); sólo un cristal perfecto tiene una única estructura superficial.
Siempre hay algo de ancho de banda en la fuente óptica, aunque puede ser bastante pequeño. Uno debería esperar que los fotoelectrones hereden un ancho de banda proporcional.
Si la energía de los fotones que chocan excede la función de trabajo para la fotoemisión, esta energía adicional está disponible para los fotoelectrones, y sus historias individuales determinan cómo se distribuye.
Para el caso (3), el fotoelectrón puede haberse originado debajo de la superficie inmediata y haber perdido parte de la energía adquirida en el camino hacia la superficie. Solo si todavía tiene suficiente energía podrá escapar.
Evite el caso (4) aplicando un voltaje fuerte, acelerando los fotoelectrones emitidos alejándolos del fotocátodo. Esto también sirve para reducir ligeramente la función de trabajo y hace que todos los fotoelectrones se dirijan en la misma dirección. Cuando se aplica en el vacío, este es el comienzo de un cañón de electrones.
En los experimentos que realicé, la generación de fotoelectrones por transmisión a través de películas de oro policristalino ultradelgadas, la dispersión de energía fue una fracción de un eV; esto se midió indirectamente en mi caso, pero otros lo han medido directamente. Entonces es posible, con trabajo y gastos, limitar la dispersión de energía de los fotoelectrones.
curioso