ФОТОЭФФЕКТ

ФОТОЭФФЕКТ испускание
электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов).
Ф. был открыт в 1887 Г. Герцем. Первые фундаментальные исследования
Ф. выполнены А. Г. Столетовым (1888). Он установил, что в возникновении
фототока в цепи, содержащей металлич. электроды и источник напряжения,
существенную роль играет освещение отрицательного электрода и что сила
фототока пропорциональна интенсивности света. Ф. Ленард (1899) доказал,
что при освещении металлов из них испускаются электроны. Первое теоретич.
объяснение законов Ф. дал А. Эйнштейн (1905). В дальнейшем теория
Ф. была развита в наиболее последовательном виде И. Е. Таммом и
С. П. Шубиным (1931). Большой вклад в экспериментальное исследование
Ф. внесли работы А. Ф. Иоффе (1907), П. И. Лукирского и С.
С. Прилежаева (1928).

Ф.- квантовое явление, его
открытие и исследование сыграли важную роль в экспериментальном обосновании
квантовой теории: только на её основе оказалось возможным объяснение закономерностей
Ф. Свободный электрон не может поглотить фотон, т. к. при этом не могут
быть одновременно соблюдены законы сохранения энергии и импульса. Ф. из
атома, молекулы или конденсированной среды возможен из-за связи электрона
с окружением. Эта связь характеризуется в атоме энергией ионизации,
в
конденсированной среде - работой выхода. Закон сохранения энергии
при Ф. выражается соотношением Эйнштейна:

Ф. может наблюдаться в газах
на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Схематическое изображение
фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К - фотокатод;
А - анод; Ф - световой поток; n и р - области полупроводника с донорной
и акцепторной примесями; Е - источник постоянного тока, служащий
для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего
фотоэлектроны; Rнагрузка; пунктирной линией обозначен
р
- n-переход.

Первичным актом здесь является
поглощение фотона атомом и ионизация с испусканием электрона. С высокой
степенью точности можно считать, что вся энергия фотона за вычетом энергии
ионизации передаётся испускаемому электрону. В конденсированных средах
механизм поглощения фотонов зависит от их энергии. При hw, равных или не
очень сильно (в десятки и сотни раз) превышающих работу выхода, излучение
поглощается электронами проводимости (в металлах) или валентными
электронами (в полупроводниках и диэлектриках), коллективизированными
в твёрдом теле. В результате может наблюдаться фотоэлектронная эмиссия
(внешний
фотоэффект) с граничной энергией фотонов, равной работе выхода, или фотоэффект
внутренний (фотопроводимость и др. фотоэлектрические явления) с граничной
энергией фотонов, равной ширине запрещённой зоны.

При энергиях фотонов hw,
во много раз превышающих энергию межатомных связей в конденсированной среде
(гамма-излучение),
фотоэлектроны могут вырываться из "глубоких" оболочек атома. Влияние
среды на первичный акт Ф. в этом случае пренебрежимо мало по сравнению
с энергией связи электрона в атоме и Ф. происходит так же, как на изолированных
атомах. Эффективное сечение Ф. cкогда hw становится больше энергии связи электронов самых глубоких оболочек
атома, уменьшается. Такая зависимость cтем, что чем больше hw по сравнению с eтем пренебрежимее
связь электрона с атомом, а для свободного электрона Ф. невозможен. Вследствие
того, что электроны К-оболочки наиболее сильно связаны в атоме и эта связь
возрастает с атомным номером Z, cдля К-электронов и быстро увеличивается при переходе к тяжёлым элементам
(Z⁵). При hw порядка атомных энергий связи Ф. является преобладающим
механизмом поглощения гамма-излучения атомами, при более высоких энергиях
фотонов его роль становится менее существенной по сравнению с др. механизмами:
Комптона эффектом, рождением электронно-позитронных пар. Ядерным
Ф. наз. поглощение у-кванта атомным ядром, сопровождающееся его перестройкой
(см. Фотоядерные реакции).

Ф. широко используется в
исследованиях строения вещества - атомов, атомных ядер, твёрдых тел (см.
Фотоэлектрические
явления), а также в фотоэлектронных приборах.

Лит.: Hertz Н., Ubеr
einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Ent-ladung,
"Annalen der Physik und Chemie", 1887, Bd 31; Столетов А. Г., Избр. соч.,
М. -Л., 1950; Эйнштейн А., Собр. на-учн. тр., т. 3, М., 1966; Тamm I g..
Sсhubin S., Zur Theorie des Photoeffektes an Metallen, "Zeitschrift fur
Physik", 1931, Bd 68; Лукирский П. И., О фотоэффекте, Л. -М., 1933; Стародубцев
С. В., Романов А. М., Взаимодействие гамма-излучения с веществом, ч. 1,
Таш., 1964. Т. М. Лифшиц.