Emission d'électrons à partir d'une surface matérielle lorsque celle-ci absorbe des photons incidents au-delà d'une énergie seuil.

Principe

Un photon dont l'énergie dépasse le travail d'extraction du matériau (ou l'énergie de liaison pertinente pour un électron de surface) peut transférer son énergie à un électron, franchissant la liaison et produisant un électron émis dont l'énergie cinétique est l'énergie du photon moins le seuil.

Démonstration

Éclairer une surface métallique par des photons d'énergie supérieure au seuil de surface produit un courant d'électrons mesurable ; augmenter l'énergie des photons augmente l'énergie cinétique des électrons émis, tandis qu'augmenter l'intensité augmente le taux d'émission mais pas l'énergie cinétique.

Mauvaise application

Supposer qu'augmenter l'intensité lumineuse à fréquence fixe augmente l'énergie cinétique des électrons émis, ou confondre la photoémission externe avec des processus photoconducteurs internes dans un semi-conducteur massif.

Conséquence

Fournit une sonde directe du travail d'extraction et de la structure électronique de surface, permet les photocathodes et photodétecteurs, et illustre l'interaction quantifiée entre lumière et électrons.

Inversion

Si les photons ont une énergie inférieure au seuil, le processus retrouve l'absence d'émission à la surface (bien que des excitations internes ou une émission thermique puissent subsister). Les effets photoélectriques internes (génération et collecte de porteurs à l'intérieur du matériau) se comportent différemment.

Limite

Concerne l'émission externe depuis une surface ; exclut l'émission thermique (thermionique), les processus multiphotons sauf mention contraire, et les phénomènes purement de photoconductivité volumique.

Tension sémantique

Une tension historique et conceptuelle existe entre la description ondulatoire de la lumière et l'image corpusculaire des photons mise en évidence par l'effet ; en pratique, les deux descriptions rendent compte d'aspects différents du phénomène.

Synthèse

L'effet photoélectrique est le processus de surface par lequel des photons incidents d'énergie suffisante libèrent des électrons, produisant un courant d'électrons émis régi par la conservation d'énergie et l'énergie seuil du matériau.