Я играл с этой симуляцией PheT: https://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
При определенной пороговой длине волны и интенсивности 20% электроны испускаются с поверхности натрия. Ничего не меняя, электроны не имели одной и той же скорости. Почему?
Прямо сейчас я исходю из того, что атомы, из которых испускаются электроны, одинаковы с точки зрения конфигурации энергетических уровней. Например, для того, чтобы электрон перескочил с n=1 на n=2, ему потребуется фотон, содержащий 3 эВ (составляя его между прочим) энергии, электрон игнорирует все фотоны, содержащие другое количество энергии.
Теперь, также при допущении, что частота входящих пакетов фотонов остается неизменной, не имеет ли смысла, чтобы все испускаемые электроны двигались с одинаковой скоростью?
TL;DR: если электрону требуется дискретное количество энергии для прыжка, и если пакеты фотонов светят на металлическую поверхность без изменения частоты (все они имеют одинаковую энергию), почему некоторые электроны движутся быстрее, чем другие, когда испускаются как если бы они могли получить больше энергии?
Фотоэмиссия — это не простой одношаговый процесс. Падающий фотон возбуждает электрон, но импульс начального фотоэлектрона направлен в том же направлении, что и падающий фотон, т.е. вглубь металла. Чтобы электрон излучался как фотоэлектрон, он должен либо отразить обратное рассеяние от другого электрона в металле, либо передать свою энергию какому-то другому электрону, чтобы электрон мог вернуться обратно к поверхности.
Как вы можете себе представить, это довольно маловероятные события, и именно поэтому на каждый импульс испускается только один фотоэлектрон. к фотоны. Начальный квантовый выход составляет почти 100%, т.е. почти каждый фотон возбуждает электрон, направляющийся в металл, но только от 0,001% до 0,0001% этих начальных электронов удается обратно рассеяться с достаточной энергией, чтобы покинуть металл.
Это также объясняет, почему энергия испускаемых электронов имеет непрерывный диапазон. Обратное рассеяние является случайным процессом, и некоторые электроны будут рассеиваться назад почти со всей своей начальной энергией, в то время как другие будут рассеиваться обратно с небольшой энергией.
Есть несколько факторов, которые определяют энергию, приобретаемую фотоэлектроном:
структура поверхности кристалла определяет работу выхода, т. е. поверхность (111) отлична от (100); только совершенный кристалл имеет единую структуру поверхности.
У оптического источника всегда есть полоса пропускания, хотя она может быть довольно маленькой. Следует ожидать, что пропорциональная ширина полосы будет унаследована фотоэлектронами.
Если энергия падающих фотонов превышает работу выхода для фотоэмиссии, эта дополнительная энергия доступна фотоэлектронам, и их индивидуальная история определяет, как она распределяется.
В случае (3) фотоэлектрон мог возникнуть под непосредственной поверхностью и потерять часть полученной энергии на пути к поверхности. Только если у него еще достаточно энергии, он убежит.
Избегайте случая (4), применяя сильное напряжение, ускоряющее испускаемые фотоэлектроны от фотокатода. Это также служит для небольшого уменьшения работы выхода и заставляет все фотоэлектроны двигаться в одном направлении. При применении в вакууме это начало электронной пушки.
В экспериментах, которые я проводил, генерация фотоэлектронов путем пропускания через ультратонкие поликристаллические пленки золота, разброс энергии составлял доли эВ; в моем случае это было измерено косвенно, но другие измеряли напрямую. Таким образом, с трудом и затратами можно ограничить распространение энергии фотоэлектронов.
Любопытный