Фотоэлектрический эффект. Почему один электрон поглощает один фотон?

Когда я читал о фотоэффекте, я наткнулся на это:

«Электроны не могли поглотить более одного фотона, чтобы уйти с поверхности, поэтому они не могли поглотить один квант, а затем еще один, чтобы восполнить необходимое количество – как если бы они могли охватить только один квант за раз. Если квант поглощенная энергия не была достаточной, электрон не мог вырваться на свободу, поэтому «убегающая энергия» могла быть передана только фотоном с энергией, равной или превышающей эту минимальную пороговую энергию (т. е. длина волны света должна была быть достаточно короткой). Каждый фотон синего света испускал электрон. Но все красные фотоны были слишком слабыми. В результате, независимо от того, сколько красного света было показано на металлической пластине, тока не было».

Так каково же физическое объяснение того, что «электроны не могут поглотить более одного фотона»? Откуда мы знаем, что это именно один? Например, откуда мы знаем, что изменение частоты не меняет количество фотонов, поглощаемых одним электроном? Можно утверждать, что все фотоны имеют одинаковую энергию на любой частоте, но когда вы меняете частоту, электрон может просто поглотить больше фотонов, таким образом получив больше энергии.

Они могут поглощать более одного фотона, но вероятность этого процесса зависит от Е 2 , поэтому для слабых полей поглощение одного фотона (масштабирование с Е ) явно преобладает. Таким образом, с достаточной интенсивностью электроны будут высвобождаться с поверхности, даже если их освещать излучением, частота которого ниже энергии связи электронов с поверхностью.
Значит, утверждение «один электрон поглощает один фотон» верно только при относительно слабых полях (низкой интенсивности)?
Именно так, но «относительно слабые поля» довольно сильны по практическим меркам.
Не могли бы вы дать мне источник, который подробно описывает то, что вы говорите, пожалуйста?
Вот один, конкретно по этой теме: iopscience.iop.org/0022-3727/30/22/003/pdf/…
Посмотрите на их "достаточно низкую мощность лазера" в диапазоне 10 10 Вт / с м 2 (это довольно высокая интенсивность, солнечный свет имеет около 10 − 1 Вт / с м 2 ).
@SebastianRiese: я считаю, что это ответ, а не комментарий. ;)
Я тоже в это верю!

Ответы (2)

Может быть поглощено более одного фотона, но для обычных интенсивностей вероятность этого ничтожно мала. В качестве шкалы «обычной интенсивности» обратите внимание, что солнечный свет на Земле имеет интенсивность около 1000 Вт / м 2 "=" 10 − 1 Вт / с м 2 .

Интуитивная причина заключается в том, что линейный процесс (электрон поглощает один фотон) более или менее «маловероятен» (поскольку связь между электромагнитным полем и электронами довольно слаба), поэтому процесс, при котором взаимодействуют два фотона, «маловероятен». 2 и поэтому сильно подавлен. Так что при малых интенсивностях линейный процесс будет явно доминировать. Вопрос только в том, при каких интенсивностях станут видны эффекты второго порядка.

В статье Ричарда Л. Смита «Двухфотонный фотоэлектрический эффект», Phys. Rev. 128 , 2225 (1962) обсуждается фототок для излучения выше половины частоты отсечки, но ниже частоты отсечки. Они отмечают, что при обычных интенсивностях фототок будет незначительным, но при достаточно сильных полях, таких как наблюдаемые в фокусном пятне лазера (порядка 10 7 Вт / с м 2 ) эффект может быть измеримым. Они также отмечают, что тепловой нагрев лазерным полем может сделать ненаблюдаемым чистый эффект второго порядка.

В более поздней статье С. Варро, Э. Элоцкого, «Многофотонный фотоэффект и генерация гармоник на металлических поверхностях», J. Phys. Д: заявл. физ. 30 , 3071 (1997) обсуждается случай, когда высокие интенсивности (по шкале 10 10 Вт / с м 2 ) производят эффекты еще более высокого порядка (и неожиданно высокие когерентные нелинейные эффекты, то есть поглощение более двух фотонов одним электроном). Их расчеты объясняют экспериментальные наблюдения резких особенностей в спектрах излучения металлических поверхностей.

Интересный исторический факт: статья 1962 года настолько старая, что в ней говорится об «оптическом рубиновом мазере»; лазеры тогда были такими новыми, у них еще даже не было названия.

Мое мнение отличается, поэтому не минусуйте, не посчитав этого достаточным. Теория фотоэлектрического эффекта должна была заложить основу квантовой механики, как материя взаимодействует с энергией квантовым способом.

Есть много возражений по поводу объяснения эффекта, но здесь возьмем первое. Если электроны в атоме имеют квантованную энергию и они взаимодействуют с энергией квантованным образом, то то, как электрон поглощает энергию больше, чем потенциальная функция.

Также как можно объяснить, что фотон более высокой частоты испускает электроны с более высокой кинетической энергией. Доля энергии, используемая для атомной структуры. Это показывает, что это классический способ взаимодействия, а не квантовый.

Кроме того, интенсивность света зависит от квадрата частоты, поэтому удвоение частоты увеличивает интенсивность света в четыре раза. ε "=" час ν а мощность - скорость энергии, п "=" ε ν "=" час ν 2 . Интенсивность не может оставаться постоянной при изменении частоты. Классическое соотношение мощности излучения включает квадрат частоты и скорость волны.

Также ток насыщается раньше пороговой частоты для данной интенсивности света, и график показывает, что ток линейно пропорционален интенсивности падающего света. Так что это не доказывает квантовую природу света.

Безусловно верно, что фотоэлектрический эффект не доказывает квантовую природу света. Но это принципиально не меняет обсуждения (тем более, что есть и другие свидетельства того, что электромагнитное поле квантуется ). Вы получите те же результаты для эффектов более высокого порядка, если будете рассматривать атом в классическом изменяющемся во времени внешнем поле. Я также не понимаю, что является «классическим» в излучении из связанного состояния в непрерывный спектр, это тоже нормальный квантово-механический процесс.
Себастьян Риз: атом может поглощать или излучать фотоны, потому что у него есть потенциальная система для хранения энергии. Свободный электрон не обязательно может полностью поглотить фотон в соответствии с нынешним пониманием, он сталкивается с фотоном как с частицей. Таким образом, энергия не квантуется для свободного электрона. Это описание можно дать как классическое поле, как в циклотроне, где поля используются для изменения скорости заряженных частиц. Я обсудил экспериментальный результат, что интенсивность не зависит от частоты и в классическом случае, так что небольшое увеличение частоты во много раз увеличивает интенсивность.
Себастьян Ризе: Интенсивность зависит от квадрата или куба частоты и не зависит от них. Таким образом, фототок, зависящий от интенсивности, можно рассматривать как зависящий от частоты. В вашем ответе лазер показал, что интенсивность также зависит от амплитуды, в противном случае фототок не ниже порога отсечки.
Фотоэлектрический эффект. Почему один электрон поглощает один фотон?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v