Emisión de electrones desde la superficie de un material cuando éste absorbe fotones incidentes por encima de una energía umbral.

Principio

Un fotón con energía mayor que la función de trabajo del material (o la energía de enlace relevante para un electrón superficial) puede transferir su energía a un electrón, superando el enlace y produciendo un electrón emitido cuya energía cinética es la energía del fotón menos el umbral.

Demostración

Iluminar una superficie metálica con fotones cuya energía excede el umbral produce una corriente de electrones medible; aumentar la energía de los fotones aumenta la energía cinética de los electrones emitidos, mientras que aumentar la intensidad incrementa la tasa de emisión pero no la energía cinética.

Aplicación incorrecta

Asumir que aumentar la intensidad de la luz a frecuencia fija aumenta la energía cinética de los electrones emitidos, o confundir la fotoemisión externa con procesos de fotoconductividad interna en un semiconductor a granel.

Consecuencia

Proporciona una sonda directa de la función de trabajo y de la estructura electrónica de la superficie, permite fotocátodos y fotodetectores, y demuestra la interacción cuantizada entre luz y electrones.

Inversión

Si los fotones tienen energía por debajo del umbral, el proceso revierte a no producir emisión desde la superficie (aunque pueden producirse excitaciones internas o emisión térmica). Los efectos fotoeléctricos internos (generación y recolección de portadores dentro del material) se comportan de manera distinta.

Límite

Se refiere a la emisión externa desde una superficie; excluye la emisión térmica (termiónica), procesos multiphotón salvo que se indique explícitamente, y fenómenos puramente de fotoconductividad en volumen.

Tensión semántica

Existe tensión histórica y conceptual entre la descripción ondulatoria de la luz y la visión corpuscular de fotones resaltada por el efecto; en la práctica ambas descripciones explican diferentes aspectos del fenómeno.

Síntesis

El efecto fotoeléctrico es el proceso superficial por el cual fotones incidentes con energía suficiente liberan electrones, produciendo corrientes de electrones emitidos gobernadas por la conservación de la energía y la energía umbral del material.