التأثير الكهروضوئي

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 29 صور
الموسوعة الحرة
انبعاث الإلكترونات من صفيحة معدنية مصحوبًا بامتصاص كميات الضوء - الفوتونات

التأثير الكهروضوئي هو انبعاث الإلكترونات من مادة ما نتيجة الإشعاع الكهرومغناطيسي، كالأشعة فوق البنفسجية . تُسمى الإلكترونات المنبعثة بهذه الطريقة بالإلكترونات الضوئية . تُدرس هذه الظاهرة في فيزياء المادة المكثفة ، وفيزياء الحالة الصلبة ، والكيمياء الكمية لاستخلاص استنتاجات حول خصائص الذرات والجزيئات والمواد الصلبة. وقد وُظِّف هذا التأثير في الأجهزة الإلكترونية المتخصصة في كشف الضوء وانبعاث الإلكترونات بدقة عالية.

تتعارض النتائج التجريبية مع الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ، التي تتنبأ بأن موجات الضوء المستمرة تنقل الطاقة إلى الإلكترونات، التي تُطلق بدورها عند تراكم طاقة كافية لديها. نظريًا، يُفترض أن يُغير تغيير شدة الضوء الطاقة الحركية للإلكترونات المنبعثة، حيث يؤدي الضوء الخافت إلى تأخير انبعاثها. لكن النتائج التجريبية تُظهر أن الإلكترونات لا تُطلق إلا عندما يتجاوز تردد الضوء حدًا معينًا، بغض النظر عن شدة الضوء أو مدة التعرض له. ولأن شعاعًا منخفض التردد وعالي الشدة لا يُراكم الطاقة اللازمة لإنتاج الإلكترونات الضوئية، كما هو الحال لو تراكمت طاقة الضوء بمرور الوقت من موجة مستمرة، فقد اقترح ألبرت أينشتاين أن شعاع الضوء ليس موجة تنتشر في الفضاء، بل هو حزم طاقة منفصلة، ​​والتي شاع استخدامها لاحقًا باسم الفوتونات على يد جيلبرت ن. لويس .

يتطلب انبعاث إلكترونات التوصيل من المعادن النموذجية بضعة كمات ضوئية ذات طاقة إلكترون فولت (eV)، ما يُعادل الضوء المرئي أو فوق البنفسجي ذي الطول الموجي القصير. في الحالات القصوى، تُحفز الانبعاثات بفوتونات تقترب طاقتها من الصفر، كما هو الحال في الأنظمة ذات الألفة الإلكترونية السالبة والانبعاث من الحالات المثارة، أو بفوتونات ذات طاقة بضع مئات من الكيلو إلكترون فولت (keV) لإلكترونات النواة في العناصر ذات العدد الذري العالي . [ 1 ] أدت دراسة التأثير الكهروضوئي إلى خطوات مهمة في فهم الطبيعة الكمومية للضوء والإلكترونات، وأثرت في صياغة مفهوم ازدواجية الموجة والجسيم . [ 2 ] تشمل الظواهر الأخرى التي يؤثر فيها الضوء على حركة الشحنات الكهربائية التأثير الكهروضوئي الموصل ، والتأثير الكهروضوئي الفولت ، والتأثير الكهروضوئي الكيميائي .

آلية الانبعاث

تمتلك فوتونات حزمة الضوء طاقة مميزة تُسمى طاقة الفوتون ، وهي تتناسب طرديًا مع تردد الضوء. في عملية الانبعاث الضوئي، عندما يمتص إلكترون داخل مادة ما طاقة فوتون ويكتسب طاقة أكبر من طاقة ارتباطه ، فإنه يُحتمل أن يُقذف. إذا كانت طاقة الفوتون منخفضة جدًا، فلن يتمكن الإلكترون من مغادرة المادة. ولأن زيادة شدة الضوء منخفض التردد ستؤدي فقط إلى زيادة عدد الفوتونات منخفضة الطاقة، فإن هذا التغير في الشدة لن يُنتج أي فوتون منفرد بطاقة كافية لتحرير إلكترون. علاوة على ذلك، فإن طاقة الإلكترونات المنبعثة لا تعتمد على شدة الضوء الساقط ذي التردد المحدد، بل على طاقة الفوتونات الفردية فقط.

بينما تستطيع الإلكترونات الحرة امتصاص أي طاقة عند تعرضها للإشعاع طالما أعقب ذلك انبعاث فوري، كما في تأثير كومبتون ، في الأنظمة الكمومية، تُمتص كل طاقة الفوتون الواحد - إذا سمحت ميكانيكا الكم بذلك - أو لا تُمتص أي طاقة على الإطلاق. يُستخدم جزء من الطاقة المكتسبة لتحرير الإلكترون من ارتباطه الذري، ويُساهم الباقي في طاقته الحركية كجسيم حر. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ولأن الإلكترونات في المادة تشغل العديد من الحالات الكمومية المختلفة ذات طاقات ارتباط متباينة، ولأنها قد تفقد بعض الطاقة أثناء خروجها من المادة، فإن الإلكترونات المنبعثة ستمتلك نطاقًا من الطاقات الحركية. الإلكترونات من أعلى الحالات المشغولة ستمتلك أعلى طاقة حركية. في المعادن، تنبعث هذه الإلكترونات من مستوى فيرمي .

عندما ينبعث الإلكترون الضوئي إلى مادة صلبة بدلاً من الفراغ، يتم استخدام مصطلح الانبعاث الضوئي الداخلي في كثير من الأحيان، ويتم تمييز الانبعاث في الفراغ على أنه انبعاث ضوئي خارجي .

الملاحظة التجريبية للانبعاث الكهروضوئي

على الرغم من إمكانية حدوث الانبعاث الضوئي من أي مادة، إلا أنه يُرصد بسهولة أكبر من المعادن والموصلات الأخرى. ويعود ذلك إلى أن هذه العملية تُحدث اختلالًا في الشحنة، والذي إذا لم يُعادل بتدفق التيار، يؤدي إلى زيادة حاجز الطاقة حتى يتوقف الانبعاث تمامًا. وعادةً ما يزداد حاجز الطاقة للانبعاث الضوئي بوجود طبقات أكسيد غير موصلة على أسطح المعادن، لذا فإن معظم التجارب والأجهزة العملية القائمة على التأثير الكهروضوئي تستخدم أسطحًا معدنية نظيفة داخل أنابيب مفرغة من الهواء. كما يُساعد الفراغ على رصد الإلكترونات لأنه يمنع الغازات من إعاقة تدفقها بين الأقطاب الكهربائية.

يُعد ضوء الشمس مصدرًا غير منتظم ومتغير للأشعة فوق البنفسجية. ويؤثر كل من الغطاء السحابي، وتركيز الأوزون، والارتفاع، وانعكاس سطح الأرض على كمية الأشعة فوق البنفسجية. وتعتمد مصادر الأشعة فوق البنفسجية في المختبرات على مصابيح زينون القوسية ، أو على المصابيح الفلورية للحصول على ضوء أكثر تجانسًا ولكنه أضعف . [ 6 ] وتشمل المصادر الأكثر تخصصًا أشعة الليزر فوق البنفسجية [ 7 ] وإشعاع السنكروترون . [ 8 ]

رسم تخطيطي لتجربة توضح التأثير الكهروضوئي. يسقط ضوء أحادي اللون مُرشَّح ذو طول موجي محدد على القطب الباعث (E) داخل أنبوب مفرغ من الهواء. يُطبَّق جهد كهربائي (V<sub> C</sub> ) على القطب المُجمِّع (C) ، والذي يمكن ضبطه لجذب الإلكترونات المنبعثة، عندما يكون موجبًا، أو لمنع وصول أي منها إلى المُجمِّع، عندما يكون سالبًا.

يتضمن الإعداد الكلاسيكي لمراقبة التأثير الكهروضوئي مصدر ضوء، ومجموعة من المرشحات لتوحيد لون الضوء، وأنبوب مفرغ شفاف للأشعة فوق البنفسجية، وقطب كهربائي باعث (E) معرض للضوء، ومجمع (C) يمكن التحكم في جهده V C خارجيًا.

يُستخدم جهد خارجي موجب لتوجيه الإلكترونات المنبعثة ضوئيًا نحو المُجمِّع. إذا ثُبِّت تردد وشدة الإشعاع الساقط، يزداد التيار الكهروضوئي ( I) مع زيادة الجهد الموجب، حيث يتم توجيه المزيد من الإلكترونات نحو القطب. عندما يتعذر جمع المزيد من الإلكترونات الضوئية، يصل التيار الكهروضوئي إلى قيمة تشبع. ولا يمكن لهذا التيار أن يزداد إلا بزيادة شدة الضوء.

يمنع الجهد السالب المتزايد جميع الإلكترونات، باستثناء الإلكترونات ذات الطاقة الأعلى، من الوصول إلى المجمع. عندما لا يُلاحظ أي تيار يمر عبر الأنبوب، يكون الجهد السالب قد وصل إلى قيمة كافية لإبطاء وإيقاف الإلكترونات الضوئية ذات الطاقة الحركية القصوى ( K <sub>max</sub> ). تُسمى هذه القيمة لجهد الإبطاء بجهد الإيقاف أو جهد القطع (V<sub> o</sub>) . [ 9 ] بما أن الشغل المبذول بواسطة جهد الإبطاء لإيقاف الإلكترون ذي الشحنة e يساوي eV<sub> o </sub>، فإن الشرط التالي يتحقق: eV <sub>o</sub>  = K <sub>max</sub>. 

يكون منحنى التيار-الجهد على شكل حرف S، لكن شكله الدقيق يعتمد على الهندسة التجريبية وخصائص مادة القطب.

بالنسبة لسطح معدني معين، يوجد حد أدنى لتردد الإشعاع الساقط لا تنبعث دونه أي إلكترونات ضوئية. يُسمى هذا التردد بتردد العتبة . زيادة تردد الشعاع الساقط تزيد من الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية المنبعثة، وبالتالي يجب زيادة جهد الإيقاف. قد يتغير عدد الإلكترونات المنبعثة أيضًا لأن احتمال انبعاث إلكترون من كل فوتون يعتمد على طاقة الفوتون .

تؤدي زيادة شدة الضوء أحادي اللون نفسه (طالما أن الشدة ليست عالية جدًا [ 10 ] )، والتي تتناسب طرديًا مع عدد الفوتونات الساقطة على السطح في فترة زمنية محددة، إلى زيادة معدل انبعاث الإلكترونات - التيار الكهروضوئي I - بينما تبقى الطاقة الحركية للإلكترونات الضوئية وجهد الإيقاف ثابتين. بالنسبة لمعدن معين وتردد إشعاع ساقط محدد، يتناسب معدل انبعاث الإلكترونات الضوئية طرديًا مع شدة الضوء الساقط.

الفارق الزمني بين سقوط الإشعاع وانبعاث الإلكترون الضوئي ضئيل للغاية، أقل من 10⁻⁹ ثانية . يعتمد التوزيع الزاوي للإلكترونات الضوئية اعتمادًا كبيرًا على استقطاب الضوء الساقط (اتجاه المجال الكهربائي)، بالإضافة إلى الخصائص الكمومية للمادة المُصدرة، مثل تناظر المدارات الذرية والجزيئية، وبنية النطاق الإلكتروني للمواد الصلبة البلورية. في المواد التي تفتقر إلى الترتيب العياني، يميل توزيع الإلكترونات إلى أن يبلغ ذروته في اتجاه استقطاب الضوء المستقطب خطيًا. [ 11 ] التقنية التجريبية التي يمكنها قياس هذه التوزيعات لاستنتاج خصائص المادة هي مطيافية الانبعاث الضوئي المُحَلَّلة زاويًا .

التفسير النظري

رسم بياني يوضح أقصى طاقة حركية للإلكترون الضوئي كدالة لتردد الضوء على الزنك

في عام 1905، اقترح ألبرت أينشتاين نظرية التأثير الكهروضوئي باستخدام مفهوم مفاده أن الضوء يتكون من حزم صغيرة من الطاقة تُعرف باسم الفوتونات أو كمات الضوء. تحمل كل حزمة طاقةحν{\displaystyle h\nu }وهذا يتناسب مع الترددν{\displaystyle \nu }للموجة الكهرومغناطيسية المقابلة. ثابت التناسبح{\displaystyle h}أصبح يُعرف باسم ثابت بلانك . وهو يقع ضمن نطاق الطاقات الحركية للإلكترونات التي تُزال من روابطها الذرية المتغيرة عن طريق امتصاص فوتون ذي طاقةحν{\displaystyle h\nu }أعلى طاقة حركيةكالأعلى{\displaystyle K_{\max }}يكون كالأعلى=حν-دبليو.{\displaystyle K_{\max }=h\,\nu -W.} هنا،دبليو{\displaystyle W}هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من سطح المادة. وتُسمى دالة شغل السطح، ويُرمز لها أحيانًا بـΦ{\displaystyle \Phi }أوφ{\displaystyle \varphi }[ 12 ] إذا كُتبت دالة الشغل على النحو التاليدبليو=حνo،{\displaystyle W=h\,\nu _{o},} تصبح صيغة الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات المنبعثة كالأعلى=ح(ν-νo).{\displaystyle K_{\max }=h\left(\nu -\nu _{o}\right).}

الطاقة الحركية موجبة، وν>νo{\displaystyle \nu >\nu _{o}}[ 13 ] التردد ضروري لحدوث التأثير الكهروضوئي.νo{\displaystyle \nu _{o}}يمثل تردد العتبة للمادة المحددة. وفوق هذا التردد، تصل الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية، بالإضافة إلى جهد الإيقاف في التجربة، إلى أقصى حد لها.Vo=حهـ(ν-νo){\textstyle V_{o}={\frac {h}{e}}\left(\nu -\nu _{o}\right)}ترتفع هذه الظاهرة خطيًا مع التردد، ولا تعتمد على عدد الفوتونات أو شدة الضوء أحادي اللون الساقط. على الرغم من بساطة معادلة أينشتاين، إلا أنها فسرت جميع ظواهر التأثير الكهروضوئي، وكان لها آثار بعيدة المدى في تطور ميكانيكا الكم .

الانبعاث الضوئي من الذرات والجزيئات والمواد الصلبة

تشغل الإلكترونات المرتبطة في الذرات والجزيئات والمواد الصلبة حالات مميزة ذات طاقات ربط محددة . عندما تُزوّد ​​كميات من الضوء إلكترونًا منفردًا بطاقة أكبر من هذه الطاقة، فقد ينبعث الإلكترون إلى الفضاء الحر بطاقة فائضة (حركية)حν{\displaystyle h\nu }أعلى من طاقة ربط الإلكترون. وبالتالي، يعكس توزيع الطاقات الحركية توزيع طاقات ربط الإلكترونات في النظام الذري أو الجزيئي أو البلوري: إلكترون منبعث من الحالة عند طاقة ربطهـب{\displaystyle E_{B}}توجد عند الطاقة الحركيةهـك=حν-هـب{\displaystyle E_{k}=h\nu -E_{B}}يُعد هذا التوزيع أحد الخصائص الرئيسية للنظام الكمي، ويمكن استخدامه لإجراء المزيد من الدراسات في الكيمياء الكمية والفيزياء الكمية.

نماذج الانبعاث الضوئي من المواد الصلبة

تُحدد الخصائص الإلكترونية للمواد الصلبة البلورية المنتظمة بتوزيع الحالات الإلكترونية بالنسبة للطاقة والزخم، أي بنية النطاق الإلكتروني للمادة الصلبة. تُظهر النماذج النظرية للانبعاث الضوئي من المواد الصلبة أن هذا التوزيع محفوظ، في معظمه، في التأثير الكهروضوئي. يُحلل النموذج الظاهري ثلاثي الخطوات [ 14 ] للإثارة بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية اللينة هذا التأثير إلى الخطوات التالية: [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

  1. التأثير الكهروضوئي الداخلي في كتلة المادة هو انتقال بصري مباشر بين حالة إلكترونية مشغولة وأخرى غير مشغولة. يخضع هذا التأثير لقواعد الانتقاء الكمومي للانتقالات ثنائية القطب. يمكن أن يؤدي الثقب المتبقي بعد الإلكترون إلى انبعاث إلكتروني ثانوي، أو ما يُعرف بتأثير أوجيه ، والذي قد يكون مرئيًا حتى عندما لا يغادر الإلكترون الضوئي الأولي المادة. في المواد الصلبة الجزيئية، تُثار الفونونات في هذه المرحلة، وقد تظهر كخطوط ثانوية في طاقة الإلكترون النهائية.
  2. تنتقل الإلكترونات إلى السطح، حيث قد تتشتت بعضها نتيجة تفاعلاتها مع مكونات أخرى للمادة الصلبة. أما الإلكترونات التي تنشأ في أعماق المادة الصلبة، فهي أكثر عرضة للتصادمات، فتخرج بطاقة وزخم متغيرين. ويُعدّ متوسط ​​مسارها الحر منحنىً ثابتًا يعتمد على طاقة الإلكترون.
  3. تهرب الإلكترونات عبر حاجز السطح إلى حالات شبيهة بالإلكترونات الحرة في الفراغ. في هذه الخطوة، يفقد الإلكترون طاقةً تعادل دالة شغل السطح ، ويعاني من فقدان الزخم في الاتجاه العمودي على السطح. ولأن طاقة ربط الإلكترونات في المواد الصلبة تُعبّر عنها بسهولة بالنسبة لأعلى حالة مشغولة عند مستوى فيرمي.هـF{\displaystyle E_{F}}والفرق بين طاقة الفراغ وطاقة الفضاء الحر هو دالة شغل السطح، وعادةً ما تُكتب الطاقة الحركية للإلكترونات المنبعثة من المواد الصلبة على النحو التالي:هـك=حν-دبليو-هـب{\displaystyle E_{k}=h\nu -W-E_{B}}.

توجد حالات يعجز فيها نموذج الخطوات الثلاث عن تفسير خصائص توزيعات شدة الإلكترونات الضوئية. أما نموذج الخطوة الواحدة الأكثر تفصيلاً [ 18 ] فيعالج التأثير كعملية متماسكة للإثارة الضوئية إلى الحالة النهائية لبلورة محدودة، حيث تكون دالة الموجة شبيهة بالإلكترون الحر خارج البلورة، ولكنها ذات غلاف متلاشٍ داخلها. [ 17 ]

تاريخ

القرن التاسع عشر

في عام 1839، اكتشف ألكسندر إدموند بيكريل التأثير الكهروضوئي ذي الصلة أثناء دراسته لتأثير الضوء على الخلايا الإلكتروليتية . [ 19 ] ورغم أنه لا يُعادل التأثير الكهروضوئي تمامًا، إلا أن عمله في مجال الخلايا الكهروضوئية كان له دورٌ أساسي في إظهار وجود علاقة وثيقة بين الضوء والخصائص الإلكترونية للمواد. وفي عام 1873، اكتشف ويلوبي سميث التوصيل الضوئي في السيلينيوم أثناء اختباره لخصائص مقاومته العالية، وذلك في سياق عمله على كابلات التلغراف البحرية. [ 20 ]

قام يوهان إلستر (1854-1920) وهانز غايتل (1855-1923)، وهما طالبان في هايدلبرغ ، بدراسة تأثيرات الضوء على الأجسام المشحونة كهربائيًا، وطوّرا أولى الخلايا الكهروضوئية العملية التي يمكن استخدامها لقياس شدة الضوء. [ 21 ] [ 22 ] : 458 وقد رتبا المعادن وفقًا لقدرتها على تفريغ الشحنات السالبة: الروبيديوم ، والبوتاسيوم ، وسبائك البوتاسيوم والصوديوم ، والصوديوم، والليثيوم، والمغنيسيوم، والثاليوم ، والزنك ؛ أما النحاس والبلاتين والرصاص والحديد والكادميوم والكربون والزئبق ، فكانت تأثيراتها مع الضوء العادي ضئيلة جدًا بحيث لا يمكن قياسها. وكان ترتيب المعادن لهذا التأثير مماثلاً لترتيب فولتا في سلسلة الكهرباء التلامسية ، حيث أعطت المعادن الأكثر كهرجابية أكبر تأثير كهروضوئي.

مكشاف كهربائي ذو ورقة ذهبية يوضح التأثير الكهروضوئي. عندما تُشحن قرص المكشاف بشحنة سالبة من الإلكترونات الزائدة، تتنافر ورقتا الذهب. إذا سُلط ضوء عالي الطاقة (مثل الأشعة فوق البنفسجية) على القرص، تنبعث الإلكترونات بفعل التأثير الكهروضوئي، ويتوقف تنافر الورقتين. أما إذا كان الضوء المستخدم ذا طاقة غير كافية لتحفيز انبعاث الإلكترونات، فتبقى الورقتان منفصلتين مهما طالت مدة التعرض.

في عام ١٨٨٧، لاحظ هاينريش هيرتز التأثير الكهروضوئي [ ٢٣ ] ، وأبلغ عن إنتاج واستقبال [ ٢٤ ] الموجات الكهرومغناطيسية. [ ٢٥ ] يتكون جهاز الاستقبال في جهازه من ملف ذي فجوة شرارة ، حيث تُرى شرارة عند رصد الموجات الكهرومغناطيسية. وضع هيرتز الجهاز في صندوق معتم لرؤية الشرارة بشكل أفضل. ومع ذلك، لاحظ أن أقصى طول للشرارة يقل داخل الصندوق. تمتص لوحة زجاجية موضوعة بين مصدر الموجات الكهرومغناطيسية وجهاز الاستقبال الأشعة فوق البنفسجية التي تساعد الإلكترونات على القفز عبر الفجوة. عند إزالة هذه اللوحة، يزداد طول الشرارة. لم يلاحظ هيرتز أي انخفاض في طول الشرارة عند استبدال الزجاج بالكوارتز، لأن الكوارتز لا يمتص الأشعة فوق البنفسجية.

أدت اكتشافات هيرتز إلى سلسلة من الدراسات التي أجراها كل من فيلهلم هالفاكس [ 26 ] [ 27 ] ، وهور [ 28 ] ، وأوغوستو ريغي [ 29 ] ، وألكسندر ستوليتوف [ 30 ] [ 31 ] حول تأثير الضوء، وخاصة الأشعة فوق البنفسجية، على الأجسام المشحونة. قام هالفاكس بتوصيل صفيحة من الزنك بجهاز كشف كهربائي . سمح بتسليط الأشعة فوق البنفسجية على صفيحة الزنك النظيفة حديثًا، ولاحظ أن صفيحة الزنك أصبحت غير مشحونة إذا كانت مشحونة سالبًا في البداية، وموجبة الشحنة إذا كانت غير مشحونة، وأكثر إيجابية الشحنة إذا كانت مشحونة موجبة في البداية. من هذه الملاحظات، استنتج أن بعض الجسيمات سالبة الشحنة تنبعث من صفيحة الزنك عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية.

فيما يتعلق بتأثير هيرتز ، أوضح الباحثون منذ البداية تعقيد ظاهرة الإجهاد الكهروضوئي، وهي التضاؤل ​​التدريجي للتأثير الملاحظ على الأسطح المعدنية الجديدة. ووفقًا لهالواكس، لعب الأوزون دورًا هامًا في هذه الظاهرة [ 32 ] ، وتأثر الانبعاث بالأكسدة والرطوبة ودرجة صقل السطح. ولم يكن واضحًا آنذاك ما إذا كان الإجهاد غائبًا في الفراغ.

في الفترة ما بين عامي 1888 و1891، أجرى ألكسندر ستوليتوف تحليلًا مفصلًا للتأثير الكهروضوئي ، ونُشرت نتائجه في ستة منشورات. [ 31 ] ابتكر ستوليتوف جهازًا تجريبيًا جديدًا أكثر ملاءمةً للتحليل الكمي للتأثير الكهروضوئي. واكتشف تناسبًا طرديًا بين شدة الضوء والتيار الكهروضوئي المُستحث (القانون الأول للتأثير الكهروضوئي أو قانون ستوليتوف ). [ 33 ]

تُفرغ العديد من المواد، إلى جانب المعادن، شحنات كهربائية سالبة تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. وقد قام كل من جي سي شميدت [ 34 ] وأو. نوبلاوخ [ 35 ] بتجميع قائمة بهذه المواد.

في عام ١٨٩٧، أجرى جيه جيه طومسون دراسةً على الأشعة فوق البنفسجية باستخدام أنابيب كروكس . [ ٣٦ ] استنتج طومسون أن الجسيمات المنبعثة، التي أطلق عليها اسم الجسيمات، هي من نفس طبيعة أشعة الكاثود . عُرفت هذه الجسيمات لاحقًا باسم الإلكترونات. وضع طومسون صفيحة معدنية (كاثود) داخل أنبوب مفرغ، وعرّضها لإشعاع عالي التردد. [ ٣٧ ] كان يُعتقد أن المجالات الكهرومغناطيسية المتذبذبة تُسبب رنينًا في مجال الذرات، وبعد بلوغ سعة معينة، تُسبب انبعاث جسيمات دون ذرية، وبالتالي رصد تيار كهربائي. تفاوتت كمية هذا التيار تبعًا لشدة الإشعاع ولونه. فكلما زادت شدة الإشعاع أو تردده، زاد التيار.

خلال الفترة ما بين عامي 1886 و1902، درس ويلهلم هالفاكس وفيليب لينارد ظاهرة الانبعاث الكهروضوئي بتفصيل دقيق. لاحظ لينارد أن تيارًا كهربائيًا يمر عبر أنبوب زجاجي مفرغ يحتوي على قطبين كهربائيين عندما يسقط إشعاع فوق بنفسجي على أحدهما. وبمجرد توقف الإشعاع، يتوقف التيار أيضًا. وقد أدى هذا إلى ظهور مفهوم الانبعاث الكهروضوئي. وفي عام 1900، اكتشف فيليب لينارد تأين الغازات بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. ولأن هذا التأثير يحدث عبر عدة سنتيمترات من الهواء، وينتج عنه عدد أكبر من الأيونات الموجبة مقارنةً بالأيونات السالبة، كان من الطبيعي تفسير هذه الظاهرة، كما فعل جيه جيه طومسون، على أنها تأثير هيرتز على الجسيمات الموجودة في الغاز. [ 25 ]

القرن العشرين

في عام 1902، لاحظ لينارد أن طاقة الإلكترونات المنبعثة بشكل فردي مستقلة عن شدة الضوء المسلط. [ 3 ] [ 38 ] بدا هذا متعارضًا مع نظرية ماكسويل الموجية للضوء ، التي تنبأت بأن طاقة الإلكترون ستكون متناسبة مع شدة الإشعاع.

لاحظ لينارد تغير طاقة الإلكترونات مع تردد الضوء باستخدام مصباح قوس كهربائي قوي، مما مكّنه من دراسة التغيرات الكبيرة في شدة الضوء. مع ذلك، كانت نتائج لينارد نوعية وليست كمية، نظرًا لصعوبة إجراء التجارب: إذ كان من الضروري إجراؤها على معدن مقطوع حديثًا لمراقبة المعدن النقي، لكنه كان يتأكسد في غضون دقائق حتى في الفراغات الجزئية التي استخدمها. وكان التيار المنبعث من السطح يتحدد بشدة الضوء أو سطوعه: فمضاعفة شدة الضوء تؤدي إلى مضاعفة عدد الإلكترونات المنبعثة من السطح.

أُجريت دراسة أولية للتأثير الكهروضوئي في الغازات بواسطة لينارد [ 39 ] ، ثم تابعها جيه جيه طومسون [ 40 ] ، ثم قام فريدريك بالمر الابن [ 41 ] [ 42 ] بدراسة أكثر حسمًا . وقد دُرست ظاهرة الانبعاث الضوئي للغازات، وأظهرت خصائص مختلفة تمامًا عن تلك التي نسبها إليها لينارد في البداية. [ 25 ]

في عام 1900، وأثناء دراسته لإشعاع الجسم الأسود ، اقترح الفيزيائي الألماني ماكس بلانك في بحثه "حول قانون توزيع الطاقة في الطيف الطبيعي" [ 43 ] أن الطاقة التي تحملها الموجات الكهرومغناطيسية لا يمكن إطلاقها إلا في حزم طاقة. وفي عام 1905، نشر ألبرت أينشتاين بحثًا طرح فيه فرضية أن طاقة الضوء تُحمل في حزم كمية منفصلة لتفسير البيانات التجريبية للتأثير الكهروضوئي. افترض أينشتاين أن الطاقة في كل كم من الضوء تساوي تردد الضوء مضروبًا في ثابت، سُمي لاحقًا ثابت بلانك . يمتلك الفوتون الذي يتجاوز ترددًا معينًا الطاقة اللازمة لإخراج إلكترون واحد، مما يُحدث التأثير المرصود. كانت هذه خطوة في تطور ميكانيكا الكم . في عام 1914، دعمت قياسات روبرت أ. ميليكان الدقيقة للغاية لثابت بلانك، المستمدة من التأثير الكهروضوئي، نموذج أينشتاين، على الرغم من أن نظرية الجسيمات الضوئية كانت، في ذلك الوقت، "غير واردة" بالنسبة لميليكان. [ 44 ] مُنح أينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 لاكتشافه قانون التأثير الكهروضوئي، [ 45 ] ومُنح ميليكان جائزة نوبل عام 1923 لأبحاثه حول الشحنة الأولية للكهرباء والتأثير الكهروضوئي. [ 46 ] في نظرية الاضطراب الكمي للذرات والمواد الصلبة المتأثرة بالإشعاع الكهرومغناطيسي، لا يزال التأثير الكهروضوئي يُحلل عادةً من منظور الموجات؛ فالنهجان متكافئان لأن امتصاص الفوتون أو الموجة لا يمكن أن يحدث إلا بين مستويات طاقة كمية يكون فرق الطاقة بينها مساويًا لطاقة الفوتون. [ 47 ] [ 15 ]

ورد الوصف الرياضي لألبرت أينشتاين لكيفية حدوث التأثير الكهروضوئي نتيجة امتصاص كميات الضوء في إحدى أوراقه البحثية المنشورة في "عام المعجزات" ، بعنوان "منظور استدلالي حول إنتاج الضوء وتحويله". [ 48 ] اقترحت الورقة وصفًا بسيطًا لكمات الطاقة ، وبيّنت كيف تفسر طيف إشعاع الجسم الأسود. واتفق تفسيره، القائم على امتصاص كميات منفصلة من الضوء، مع النتائج التجريبية. وأوضح هذا التفسير سبب عدم اعتماد طاقة الإلكترونات الضوئية على شدة الضوء الساقط . كان هذا بمثابة قفزة نظرية، لكن المفهوم قوبل بمقاومة شديدة في البداية لأنه يتعارض مع النظرية الموجية للضوء التي انبثقت بشكل طبيعي من معادلات جيمس كلارك ماكسويل في الكهرومغناطيسية، وبشكل أعم، مع افتراض قابلية الطاقة للقسمة اللانهائية في الأنظمة الفيزيائية.

تنبأت أعمال أينشتاين بأن طاقة الإلكترونات المنبعثة تزداد خطيًا مع تردد الضوء. لم تكن هذه العلاقة الدقيقة قد خضعت للاختبار آنذاك. وبحلول عام ١٩٠٥، أصبح معروفًا أن طاقة الإلكترونات الضوئية تزداد مع ازدياد تردد الضوء الساقط، وأنها مستقلة عن شدة الضوء. مع ذلك، لم تُحدد آلية هذا الازدياد تجريبيًا إلا في عام ١٩١٤، عندما أثبت ميليكان صحة تنبؤ أينشتاين. [ ٤ ]

في عام 1937، اكتشف الفيزيائي البلغاري جورجي نادجاكوف حالة الكهروضوئية في المواد العازلة. [ 49 ] ترتبط هذه الظاهرة بالتأثيرات الكهروضوئية في المواد الصلبة، وقد ساهمت لاحقًا في الأساس الفيزيائي للتصوير الجاف . [ 50 ]

ساهمت الظاهرة الكهروضوئية في تعزيز مفهوم ازدواجية الموجة والجسيم في طبيعة الضوء، الذي كان ناشئًا آنذاك. فالضوء يمتلك في آنٍ واحد خصائص الموجات والجسيمات، وتتجلى كل منهما وفقًا للظروف. وكان من المستحيل فهم هذه الظاهرة من خلال الوصف الموجي الكلاسيكي للضوء، [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] إذ لم تكن طاقة الإلكترونات المنبعثة تعتمد على شدة الإشعاع الساقط. وتنبأت النظرية الكلاسيكية بأن الإلكترونات ستجمع الطاقة على مدى فترة زمنية، ثم تنبعث. [ 52 ] [ 54 ]

أُطلق على كم الضوء اسمه الحديث من قبل جيلبرت ن. لويس عندما صاغ مصطلح "الفوتون" في رسالته "حفظ الفوتونات" إلى مجلة Nature التي نُشرت في 18 ديسمبر 1926. [ 55 ] [ 56 ]

القرن الحادي والعشرون

ركزت الأبحاث في السنوات الأخيرة حول التأثير الكهروضوئي على قياسات زمن انبعاث الإلكترونات الضوئية. ولطالما ساد الاعتقاد بأن الانبعاث الضوئي عملية فورية. إلا أن التقنيات التجريبية لتوليد نبضات ضوئية فائقة السرعة (أتوثانية) لعبت دورًا محوريًا في هذا المجال، وذلك لدراسة ديناميكيات الإلكترون، وهو ما تُوّج بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023 التي مُنحت لبيير أغوستيني، وفيرينك كراوس، وآن لويلييه. [ 57 ] فعلى سبيل المثال، في عام 2010، اكتُشف أن انبعاث الإلكترون يستغرق 20 أتوثانية، وأن الانبعاث الضوئي مرتبط بتفاعلات معقدة متعددة الإلكترونات، وليس عملية أحادية الإلكترون. [ 58 ] وفي دراسة أحدث أُجريت على التنجستن ، أشارت قياسات انبعاث الإلكترونات الضوئية إلى أن تحرير الإلكترون يتطلب حوالي 100 أتوثانية . [ 59 ] وفي بحث آخر، وُجد أن هذه القيمة تبلغ 45 أتوثانية. [ 60 ] يتزايد الإجماع على حقيقة أن الانبعاث الضوئي ليس فوريًا ويتضمن وقتًا محدودًا.

كما دُرِس دور المجال الكهربائي في التأثير الكهروضوئي تجريبياً، ووُجِد أن الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو اتجاه محدد للمجال الكهربائي يمكن أن يُثير الإلكترونات مما يؤدي إلى زيادة الانبعاث في نطاق الترددات التيراهيرتزية. [ 61 ]

الاستخدامات والآثار

المضاعفات الضوئية

مضاعف ضوئي

هذه أنابيب مفرغة شديدة الحساسية للضوء، تحتوي على مهبط ضوئي مطلي داخل غلافها. يتكون المهبط الضوئي من مزيج من مواد مثل السيزيوم والروبيديوم والأنتيمون، مختارة خصيصًا لتوفير دالة شغل منخفضة، لذا عند إضاءته حتى بمستويات منخفضة جدًا من الضوء، يُطلق المهبط الضوئي الإلكترونات بسهولة. وبواسطة سلسلة من الأقطاب الكهربائية (الداينودات) ذات جهود متزايدة، تتسارع هذه الإلكترونات ويزداد عددها بشكل كبير من خلال الانبعاث الثانوي لتوفير تيار خرج قابل للكشف بسهولة. لا تزال المضاعفات الضوئية شائعة الاستخدام حيثما يلزم الكشف عن مستويات منخفضة من الضوء. [ 62 ]

مستشعرات الصور

استخدمت أنابيب كاميرات الفيديو في بدايات التلفزيون التأثير الكهروضوئي. فعلى سبيل المثال، استخدم جهاز " محلل الصور " الذي ابتكره فيلو فارنسورث شاشة مشحونة بالتأثير الكهروضوئي لتحويل صورة ضوئية إلى إشارة إلكترونية ممسوحة ضوئياً. [ 63 ]

مطيافية الإلكترونات الضوئية

تجربة مطيافية انبعاث الإلكترونات الضوئية ذات الزاوية المحددة ( ARPES ). يُسلط مصباح تفريغ الهيليوم ضوءًا فوق بنفسجيًا على العينة في فراغ فائق. يقيس محلل الإلكترونات نصف الكروي توزيع الإلكترونات المنبعثة من حيث الطاقة والزخم.

بما أن الطاقة الحركية للإلكترونات المنبعثة تساوي تمامًا طاقة الفوتون الساقط مطروحًا منها طاقة ارتباط الإلكترون داخل الذرة أو الجزيء أو المادة الصلبة، فإنه يمكن تحديد طاقة الارتباط بتسليط ضوء أحادي اللون من الأشعة السينية أو فوق البنفسجية ذي طاقة معلومة وقياس الطاقات الحركية للإلكترونات الضوئية. [ 15 ] يُعد توزيع طاقات الإلكترونات ذا قيمة لدراسة الخصائص الكمومية لهذه الأنظمة. كما يمكن استخدامه لتحديد التركيب العنصري للعينات. بالنسبة للمواد الصلبة، تُقاس الطاقة الحركية وتوزيع زاوية انبعاث الإلكترونات الضوئية لتحديد بنية النطاق الإلكتروني بشكل كامل من حيث طاقات الارتباط المسموح بها وزخم الإلكترونات. تتميز الأجهزة الحديثة المستخدمة في مطيافية الانبعاث الضوئي ذات الزاوية المحددة بقدرتها على قياس هذه الكميات بدقة أفضل من 1 ملي إلكترون فولت و0.1 درجة.

تُجرى قياسات مطيافية الإلكترونات الضوئية عادةً في بيئة ذات فراغ عالٍ، لأن الإلكترونات ستتشتت بفعل جزيئات الغاز في حال وجودها. مع ذلك، تُسوّق بعض الشركات حاليًا منتجات تسمح بانبعاث الإلكترونات الضوئية في الهواء. ويمكن أن يكون مصدر الضوء ليزرًا أو أنبوب تفريغ أو مصدر إشعاع سنكروتروني . [ 64 ]

يُعد محلل نصف الكرة المتمركز نموذجًا نموذجيًا لمحلل طاقة الإلكترون. وهو يستخدم مجالًا كهربائيًا بين نصفي كرة لتغيير (تشتيت) مسارات الإلكترونات الساقطة اعتمادًا على طاقاتها الحركية.

أجهزة الرؤية الليلية

تتسبب الفوتونات التي تصطدم بغشاء رقيق من فلز قلوي أو مادة شبه موصلة ، مثل زرنيخيد الغاليوم، داخل أنبوب مكثف الصورة، في انبعاث الإلكترونات الضوئية نتيجةً للتأثير الكهروضوئي. تُسرَّع هذه الإلكترونات بواسطة مجال كهرساكن عند اصطدامها بشاشة مطلية بمادة فسفورية ، مما يحولها مرة أخرى إلى فوتونات. يتم تكثيف الإشارة إما عن طريق تسريع الإلكترونات أو بزيادة عددها من خلال انبعاثات ثانوية، كما هو الحال في لوحة القنوات الدقيقة . أحيانًا يُستخدم مزيج من الطريقتين. يتطلب نقل الإلكترون من نطاق التوصيل إلى مستوى الفراغ طاقة حركية إضافية. يُعرف هذا باسم ألفة الإلكترون للكاثود الضوئي، وهو حاجز آخر أمام الانبعاث الضوئي إلى جانب النطاق المحظور، كما يُفسره نموذج فجوة النطاق . بعض المواد، مثل زرنيخيد الغاليوم، لها ألفة إلكترونية فعالة أقل من مستوى نطاق التوصيل. في هذه المواد، تمتلك الإلكترونات التي تنتقل إلى نطاق التوصيل طاقة كافية للانبعاث من المادة، لذا يمكن أن يكون الغشاء الذي يمتص الفوتونات سميكًا جدًا. تُعرف هذه المواد باسم مواد ذات ألفة إلكترونية سالبة.

مركبة فضائية

ستؤدي الظاهرة الكهروضوئية إلى تراكم شحنة موجبة على المركبات الفضائية المعرضة لأشعة الشمس. قد يُشكل هذا مشكلة كبيرة، إذ أن أجزاء أخرى من المركبة الفضائية تقع في الظل، مما سيؤدي إلى تراكم شحنة سالبة عليها من البلازما المحيطة. ويمكن أن يؤدي هذا الخلل إلى تفريغ الشحنة عبر المكونات الكهربائية الحساسة. وتتميز الشحنة الساكنة الناتجة عن الظاهرة الكهروضوئية بأنها محدودة ذاتيًا، لأن الجسم ذو الشحنة الأعلى لا يفقد إلكتروناته بسهولة كما يفعل الجسم ذو الشحنة الأقل. [ 65 ] [ 66 ]

غبار القمر

يؤدي اصطدام ضوء الشمس بغبار القمر إلى شحنه بشحنة موجبة بفعل التأثير الكهروضوئي. ثم يتنافر الغبار المشحون ويرتفع عن سطح القمر بفعل الرفع الكهروستاتيكي . [ 67 ] [ 68 ] ويتجلى هذا الأمر كما لو كان "غلافًا جويًا من الغبار"، يظهر على شكل ضباب خفيف وضبابية في المعالم البعيدة، ويظهر أيضًا على شكل توهج خافت بعد غروب الشمس. وقد تم تصوير هذه الظاهرة لأول مرة بواسطة مركبات برنامج Surveyor في ستينيات القرن الماضي، [ 69 ] ومؤخرًا رصدت المركبة الجوالة Chang'e 3 ترسب الغبار على صخور القمر بارتفاع يصل إلى حوالي 28  سم. [ 70 ] ويُعتقد أن أصغر الجسيمات تتنافر كيلومترات من السطح، وأن هذه الجسيمات تتحرك على شكل "نوافير" أثناء شحنها وتفريغها. [ 71 ]

المقطع العرضي والعمليات المتنافسة

رسم بياني لطاقات الفوتون المحسوبة لعنصر معين (العدد الذري Z) حيث تصبح قيمة المقطع العرضي للعملية على اليمين أكبر من قيمة المقطع العرضي للعملية على اليسار. بالنسبة للكالسيوم (Z=20)، يبدأ تشتت كومبتون بالسيطرة عندحν{\displaystyle h\nu }=0.08 ميغا إلكترون فولت ويتوقف عند 12 ميغا إلكترون فولت. [ 72 ]

يُقاس احتمال حدوث التأثير الكهروضوئي بالمقطع العرضي للتفاعل، والذي يعتمد على العدد الذري للذرة المستهدفة وطاقة الفوتون. وبتقريب مبسط، بالنسبة لطاقات الفوتون التي تتجاوز أعلى طاقة ربط ذرية، يُعطى المقطع العرضي نوعيًا بالمعادلة التالية: [ 73 ]

σ=جoنsتأنت⋅Zنهـ3{\displaystyle \sigma =\mathrm {constant} \cdot {\frac {Z^{n}}{E^{3}}}}

هنا ، Z هو العدد الذري ، و n عدد يتراوح بين 4 و 5. يتناقص تأثير الكهروضوئية بسرعة في منطقة أشعة غاما من الطيف، مع ازدياد طاقة الفوتون. كما أنه أكثر احتمالاً في العناصر ذات العدد الذري العالي. ونتيجة لذلك، تُعدّ المواد ذات العدد الذري العالي ( Z) دروعًا جيدة لأشعة غاما ، وهو السبب الرئيسي لتفضيل الرصاص ( Z  =  82) واستخدامه على نطاق واسع. [ 74 ]

احتمالية الامتصاص الكهروضوئي،σبي{\displaystyle \sigma _{\textrm {pe}}}، حيث ينتقل الضوء عبر المادة، وهو أحد مكونات معامل التوهين الخطي : μ0=σبي+σكومبتون+σص{\displaystyle \mu _{0}=\sigma _{\textrm {pe}}+\sigma _{\textrm {compton}}+\sigma _{\textrm {pp}}} أما العمليات المنافسة الأخرى فهي تشتت كومبتون ، بمقطع عرضيσكومبتون{\displaystyle \sigma _{\textrm {compton}}}وإنتاج الأزواج ، مع المقطع العرضيσص{\displaystyle \sigma _{\textrm {pp}}}تختلف هذه المقاطع العرضية باختلاف العدد الذري للعنصر السائد في المادة، وباختلاف طاقة الفوتونات. فعندما تتجاوز طاقة الفوتونات طاقة حافة الامتصاص K للمادة ، يقل احتمال التفاعلات الكهروضوئية، ويبدأ تشتت كومبتون بالسيطرة.عند طاقة 1.022  ميغا إلكترون فولت ، يبدأ إنتاج الأزواج ، ويزداد بسرعة مع طاقة الفوتون. [ 75 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "كتيب بيانات الأشعة السينية" . xdb.lbl.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2020-06-20 .
  2. ↑ سيرواي، ر. أ. (1990). الفيزياء للعلماء والمهندسين ( الطبعة الثالثة). سوندرز . ص 1150. ISBN   0-03-030258-7.
  3. 1 2 لينارد، ص. (1902). "Ueber die lichtelektrische Wirkung" . أنالين دير فيزيك . 313 (5): 149– 198. بيب كود : 1902AnP...313..149L . دوى : 10.1002/andp.19023130510 .
  4. 1 2 ميليكان، ر. (1914). "تحديد مباشر لـ " h ."" . Physical Review . 4 (1): 73– 75. Bibcode : 1914PhRv....4R..73M . doi : 10.1103/PhysRev.4.73.2 .
  5. ↑ ميليكان، ر. (1916). "تحديد كهروضوئي مباشر لـ " h " بلانك" . مجلة Physical Review . 7 (3): 355-388 . Bibcode : 1916PhRv....7..355M . doi : 10.1103/PhysRev.7.355 .
  6. ↑ ديفي، برايان ل. (1 سبتمبر 2002). "مصادر وقياس الأشعة فوق البنفسجية" . طرق . 28 (1): 4-13 . doi : 10.1016/S1046-2023(02)00204-9 . ISSN 1046-2023 . PMID 12231182 .  
  7. ↑ سافاج، نيل (فبراير 2007). "ليزر الأشعة فوق البنفسجية" . مجلة نيتشر فوتونيكس . 1 (2): 83-85 . رمز Bibcode : 2007NaPho...1...83S . doi : 10.1038/nphoton.2006.95 . ISSN 1749-4893 . 
  8. ↑ إيديرير، د. ل.؛ سالومان، إ. ب.؛ إبنر، س. س.؛ مادن، ر. ب. (نوفمبر 1975). "استخدام إشعاع السنكروترون كمصدر مطلق لإشعاع الأشعة فوق البنفسجية الفراغية" (ملف PDF) . مجلة البحوث التابعة للمكتب الوطني للمعايير، القسم أ . 79 أ (6): 761-774 . doi : 10.6028/jres.079A.032 . ISSN 0022-4332 . PMC 6589412. PMID 32184529 .   
  9. ↑ غوتريو، ر.؛ سافين، و. (1999). موجز شوم في الفيزياء الحديثة ( الطبعة الثانية). ماكجرو هيل . ص 60-61 . ISBN   0-07-024830-3.
  10. ↑ تشانغ، كيو. (1996). "اعتماد شدة التأثير الكهروضوئي الناتج عن شعاع ليزر مستقطب دائريًا". رسائل الفيزياء أ . 216 ( 1-5 ): 125. Bibcode : 1996PhLA..216..125Z . doi : 10.1016/0375-9601(96)00259-9 .
  11. ↑ بوب، ف. (1924). "اتجاه انبعاث الإلكترونات الضوئية بواسطة الأشعة السينية المستقطبة". مجلة Physical Review . 23 (2): 137-143 . Bibcode : 1924PhRv...23..137B . doi : 10.1103/PhysRev.23.137 .
  12. ↑ مي، سي.؛ كرونديل، إم.؛ أرنولد، بي.؛ براون، دبليو. (2011). الفيزياء الدولية للمستوى A/AS . دار هودر للتعليم . ص 241. ISBN  978-0-340-94564-3.
  13. ↑ فرومهولد، أ. ت. (1991). ميكانيكا الكم للفيزياء التطبيقية والهندسة . منشورات كوريير دوفر . الصفحات 5-6 . ISBN  978-0-486-66741-6.
  14. ↑ بيرغلوند، سي إن؛ سبايسر، دبليو إي (16 نوفمبر 1964). "دراسات الانبعاث الضوئي للنحاس والفضة: النظرية". مجلة Physical Review . 136 (4A): A1030– A1044. Bibcode : 1964PhRv..136.1030B . doi : 10.1103/PhysRev.136.A1030 .
  15. 1 2 3 هوفنر، س. (2003). مطيافية الإلكترونات الضوئية: المبادئ والتطبيقات . سبرينغر . ISBN 3-540-41802-4.
  16. ↑ داماسيللي، أندريا؛ شين، تشي-شون؛ حسين، زاهد (17 أبريل 2003). "مطيافية الانبعاث الضوئي المُحَلَّلة زاويًا للموصلات الفائقة النحاسية". مراجعات الفيزياء الحديثة . 75 (2): 473-541 . arXiv : cond-mat/0208504 . doi : 10.1103/RevModPhys.75.473 . ISSN 0034-6861 . S2CID 118433150 .  
  17. سوبوتا ، جوناثان أ.؛ هي، يو؛ شين، تشي-شون (2021). "دراسات الانبعاث الضوئي المُحَلَّل زاويًا للمواد الكمومية". مراجعات الفيزياء الحديثة . 93 (2) 025006. arXiv : 2008.02378 . Bibcode : 2021RvMP...93b5006S . doi : 10.1103/RevModPhys.93.025006 . S2CID 221006368 . 
  18. ↑ ماهان، جي دي (1970-12-01). "نظرية الانبعاث الضوئي في المعادن البسيطة". مجلة Physical Review B. 2 ( 11): 4334–4350 . Bibcode : 1970PhRvB...2.4334M . doi : 10.1103/PhysRevB.2.4334 .
  19. ↑ فيسلينكا بتروفا-كوش؛ رودولف هيزل؛ أدولف غوتزبيرغر (2009). "معالم بارزة في تحويل الطاقة الشمسية والخلايا الكهروضوئية". الخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة: التطورات الحديثة . سلسلة سبرينغر في العلوم البصرية. المجلد 140. سبرينغر. الصفحات 1–. doi : 10.1007/978-3-540-79359-5_1 . ISBN   978-3-540-79358-8. S2CID 108793685 . 
  20. ↑ سميث، و. (1873). "تأثير الضوء على السيلينيوم أثناء مرور تيار كهربائي" . مجلة نيتشر . 7 (173): 303. Bibcode : 1873Natur...7R.303. doi : 10.1038 /007303e0 .
  21. ↑ أسيموف، أ. (1964) موسوعة أسيموف البيوغرافية للعلوم والتكنولوجيا ، دابلداي، رقم ISBN 0-385-04693-6.
  22. ↑ روبرت باد؛ ديبورا جين وارنر (1998). أدوات العلم: موسوعة تاريخية . متحف العلوم، لندن، والمتحف الوطني للتاريخ الأمريكي، مؤسسة سميثسونيان. ISBN 978-0-8153-1561-2.
  23. ^ هيرتز، هاينريش (1887). "Ueber einen Einfluss des Ultravioletten Lichtes auf die Electrical Entladung" . أنالين دير فيزيك . 267 (8): 983– 1000. بيب كود : 1887AnP...267..983H . دوى : 10.1002/andp.18872670827 .
  24. ^ هيرتز، هـ. (1887). "Ueber sehr schnelle electricische Schwingungen" . Annalen der Physik und Chemie . 267 (7): 421– 448. بيب كود : 1887AnP...267..421H . دوى : 10.1002/andp.18872670707 . ISSN 0003-3804 . 
  25. 1 2 3 بلوخ، يوجين (1914). "التطورات الحديثة في الكهرومغناطيسية" . التقرير السنوي لمجلس أمناء مؤسسة سميثسونيان 1913. واشنطن العاصمة: مؤسسة سميثسونيان. ص 239. تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2020 . 
  26. ^ هالواكس ، فيلهلم (1888). "Ueber den Einfluss des Lichtes auf Electrostatisch geladene Körper" . أنالين دير فيزيك . 269 ​​(2): 301– 312. بيب كود : 1888AnP...269..301H . دوى : 10.1002/andp.18882690206 . ردمك 1521-3889 . 
  27. ^ هالواتشس، ويد. آن. الثالث والثلاثون. ص. 301، 1888.
  28. ^ حور، مرجع الفيزياء، الخامس والعشرون. ص. 91، 1889.
  29. ↑ بيجي، سي آر سي في آي. ص. 1349؛ cvii. ص. 559، 1888
  30. ^ ستوليتوف. سي آر سي في اي. ص 1149، 1593؛ cvii. ص. 91؛ cviii. ص. 1241؛ فيزيكاليش ريفو، بي دي. ط، 1892.
  31. 1 2
  32. ^ هالواتشس، دبليو (1907). "Über die lichtelektrische Ermüdung" . أنالين دير فيزيك . 328 (8): 459– 516. بيب كود : 1907AnP...328..459H . دوى : 10.1002/andp.19073280807 .
  33. ^ ميليتشكو، فيرجينيا؛ شالين، ع. موخين، IS؛ كوفروف، الإمارات العربية المتحدة؛ كراسيلين، AA؛ فينوغرادوف، أ.ف. بيلوف، بنسلفانيا؛ سيموفسكي، سي آر (2016). "الخلايا الكهروضوئية الشمسية: الحالة والاتجاهات الحالية" (PDF) . Uspekhi Fizicheskikh Nauk . 59 (8): 728. دوى : 10.3367/UFNr.2016.02.037703 . تم الاسترجاع 19 أبريل 2026 .
  34. ^ شميت، جي سي (1898) ويد. آن. Uiv. ص. 708.
  35. ^ كنوبلاوش، أو. (1899). Zeitschrift für Physikalische Chemie . المجلد. التاسع والعشرون. ص. 527.  
  36. ↑ الكتاب السنوي الدولي . (1900). نيويورك: دود، ميد وشركاه. ص 659.
  37. ↑ بوخوالد، جيد ز.؛ وارويك، أندرو. (2001). تاريخ الإلكترون: نشأة الفيزياء المجهرية . كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ISBN 978-0-262-26948-3. OCLC 62183406 . 
  38. ↑ ويتون، بروس ر. (1978). "فيليب لينارد والتأثير الكهروضوئي، 1889-1911". دراسات تاريخية في العلوم الفيزيائية . 9 : 299-322 . doi : 10.2307/27757381 . JSTOR 27757381 . 
  39. ^ بلوخ، إي. (1908). "تأين الهواء بواسطة الضوء فوق البنفسجي" . لو الراديوم . 5 (8): 240. دوى : 10.1051/الراديوم:0190800508024001 .
  40. ↑ تومسون، جيه جيه (1907). "حول تأين الغازات بواسطة الأشعة فوق البنفسجية والأدلة المتعلقة ببنية الضوء التي توفرها تأثيراتها الكهربائية". وقائع الجمعية الفلسفية في كامبريدج 14 : 417.
  41. ↑ بالمر، فريدريك (1908). "تأين الهواء بواسطة الأشعة فوق البنفسجية" . مجلة نيتشر . 77 (2008): 582. Bibcode : 1908Natur..77..582P . doi : 10.1038/077582b0 . S2CID 4028617 . 
  42. ↑ بالمر، فريدريك (1911). "التأين الحجمي الناتج عن ضوء ذي طول موجي قصير للغاية" . مجلة Physical Review . السلسلة الأولى . 32 (1): 1-22 . Bibcode : 1911PhRvI..32....1P . doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.32.1 .
  43. ^ بلانك ، ماكس (1901). "Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum (في قانون توزيع الطاقة في الطيف الطبيعي)" . أنالين دير فيزيك . 4 (3): 553. بيب كود : 1901AnP...309..553P . دوى : 10.1002/andp.19013090310 .
  44. ↑ هولتون، جيرالد (22 أبريل 1999). "التركيز على الذكرى المئوية: قياس ميليكان لثابت بلانك" . الفيزياء . 3 23. doi : 10.1103/physrevfocus.3.23 .
  45. ↑ «جائزة نوبل في الفيزياء 1921» . مؤسسة نوبل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أكتوبر 2008 .
  46. ↑ «جائزة نوبل في الفيزياء 1923» . مؤسسة نوبل . تم الاطلاع بتاريخ 29-03-2015 .
  47. ↑ لامب، ويليس إي. الابن ؛ سكولي، مارلان أو. (1968). "التأثير الكهروضوئي بدون فوتونات" (ملف PDF) . كورال جابلز، فلوريدا: مركز الفيزياء النظرية، جامعة ميامي. نفهم التأثير الكهروضوئي على أنه نتيجة سقوط مجال كلاسيكي على إلكترون ذري كمي.
  48. ↑ أينشتاين، أ. " حول وجهة نظر استدلالية تتعلق بانبعاث الضوء وتحوله ." حوليات الفيزياء 17 (1905)
  49. ^ نادياكوف، جورجي (1937). "Über die Photoelektrisierung und die lichtelektrische Polarisation". Comptes rendus de l'Académie des Sciences .
  50. ↑ شافرت، آر إم (1965). التصوير الكهربائي . دار فوكال للنشر.
  51. ↑ ريسنيك، روبرت (1972) المفاهيم الأساسية في النسبية ونظرية الكم المبكرة ، وايلي، ص 137، ISBN 0-471-71702-9.
  52. 1 2 نايت، راندال د. (2004) الفيزياء للعلماء والمهندسين مع الفيزياء الحديثة: منهج استراتيجي ، بيرسون-أديسون-ويسلي، ص 1224، ISBN 0-8053-8685-8.
  53. ↑ بينروز، روجر (2005) الطريق إلى الواقع: دليل شامل لقوانين الكون ، كنوبف، ص 502، ISBN 0-679-45443-8
  54. ↑ ريسنيك، روبرت (1972) المفاهيم الأساسية في النسبية ونظرية الكم المبكرة ، وايلي، ص 138، ISBN 0-471-71702-9.
  55. ↑ 18 ديسمبر 1926: جيلبرت لويس يصوغ مصطلح "فوتون" في رسالة إلى مجلة نيتشر .
  56. ↑ لويس، جيلبرت ن. (18 ديسمبر 1926). "حفظ الفوتونات" . مجلة نيتشر . 118 (2981): 874-875 . Bibcode : 1926Natur.118..874L . doi : 10.1038/118874a0 . تاريخ الاسترجاع: 18 أبريل 2025 .
  57. ↑ "الضوء بسرعة الإلكترونات". نات. فيز. 19 (11): 1520. 2023. Bibcode : 2023NatPh..19.1520. . doi : 10.1038/s41567-023-02305-y .
  58. ↑ شولتز، م. (2010). "التأخير في الانبعاث الضوئي، 1889-1911" . مجلة ساينس . 328 (5986): 1658-1662 . doi : 10.1126/science.1189401 . PMID 20576884 . 
  59. ↑ كافالييري، أ. ل.؛ مولر، ن.؛ أوفيس، ث.؛ ياكوفليف، ف. س.؛ بالتوشكا، أ.؛ وآخرون . (2007). "مطيافية الأتوثانية في المادة المكثفة" . مجلة نيتشر . 449 (7165): 1029-1032 . رمز Bibcode : 2007Natur.449.1029C . doi : 10.1038/nature06229 . PMID 17960239 .  
  60. ↑ أوسياندر، م.؛ ريمينسبيرغر، ج.؛ نيبيل، س.؛ ميترماير، م.؛ شافر، م.؛ وآخرون . (2018). "التوقيت المطلق للتأثير الكهروضوئي، 1889-1911" . مجلة نيتشر . 561 (7723): 374-377 . doi : 10.1038/s41586-018-0503-6 . PMID 30232421 .  
  61. ↑ ميخايلو، و.؛ ريتشي، د. (2022). "تأثير كهروضوئي في المستوى في أنظمة إلكترونية ثنائية الأبعاد للكشف عن الترددات تيراهيرتز" . مجلة ساينس أدفانسز . 8 (15) eabi8398. arXiv : 2011.04177 . Bibcode : 2022SciA....8I8398M . doi : 10.1126/sciadv.abi8398 . PMC 9012455. PMID 35427162 .  
  62. ↑ تيموثي، ج. جيثين (2010) في هوبر، مارتن سي إي (محرر) رصد الفوتونات في الفضاء ، التقرير العلمي ISSI 009، اتصالات وكالة الفضاء الأوروبية، الصفحات 365-408، ISBN 978-92-9221-938-3
  63. ↑ بيرنز، آر دبليو (1998) التلفزيون: تاريخ دولي للسنوات التكوينية ، معهد الهندسة والتكنولوجيا، ص 358، رقم ISBN 0-85296-914-7.
  64. ↑ ويفر، جيه إتش ؛ مارغاريتوندو، جي . (1979). "مطيافية الإلكترونات الضوئية في الحالة الصلبة باستخدام إشعاع السنكروترون" . مجلة ساينس . 206 (4415): 151-156 . Bibcode : 1979Sci...206..151W . doi : 10.1126/science.206.4415.151 . PMID 17801770. S2CID 23594185 .  
  65. ↑ لاي، شو ت. (2011). أساسيات شحن المركبات الفضائية: تفاعلات المركبات الفضائية مع بلازما الفضاء ( طبعة مصورة). مطبعة جامعة برينستون. الصفحات 1-6 . ISBN   978-0-691-12947-1.
  66. ↑ "شحن المركبات الفضائية" . جامعة ولاية أريزونا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 19 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 نوفمبر 2009 .
  67. ↑ بيل، ترودي إي، "نوافير القمر" ، NASA.gov، 2005-03-30.
  68. ↑ يكتسب الغبار شحنة كهربائية في الفراغ . spacedaily.com، 14 يوليو 2000.
  69. ↑ كريسويل، د. ر. (1973). "توهج الأفق وحركة غبار القمر". في ر. ج. ل. جرارد (محرر). تفاعلات الفوتونات والجسيمات مع الأسطح في الفضاء . ندوة إسلاب السادسة. نوردويك، هولندا: سبرينغر، دوردريخت. doi : 10.1007/978-94-010-2647-5_36 .
  70. يان كيو، تشانغ إكس، شي إل، غو دي، لي واي، شو واي، شياو زد، دي كي، شياو إل (2019). "نشاط غبار ضعيف بالقرب من سطح حديث التكوين الجيولوجي تم الكشف عنه بواسطة مهمة تشانغ إي-3" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 46 (16): 9405-9413 . Bibcode : 2019GeoRL..46.9405Y . doi : 10.1029/2019GL083611 .
  71. ↑ تيموثي ج. ستوبس؛ ريتشارد ر. فوندراك؛ ويليام م. فاريل (2006). "نموذج نافورة ديناميكي لغبار القمر". التقدم في أبحاث الفضاء . 37 (1): 59-66 . Bibcode : 2006AdSpR..37...59S . doi : 10.1016/j.asr.2005.04.048 . hdl : 2060/20050175993 . S2CID 56226020 . 
  72. ↑ سيلتزر، ستيفن (17-09-2009). "XCOM: قاعدة بيانات المقاطع العرضية للفوتون". المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . doi : 10.18434/T48G6X .
  73. ↑ دافيسون، سي إم (1968). "تفاعل أشعة غاما مع المادة". في سيغبان، كاي (محرر). مطيافية أشعة ألفا وبيتا وغاما . أمستردام: دار نشر نورث هولاند. ISBN 978-0-444-59699-4.
  74. ↑ كنول ، جلين ف. (1999). الكشف عن الإشعاع وقياسه . نيويورك: وايلي. ص 49. ISBN  0-471-49545-X.
  75. ↑ إيفانز ، آر دي (1955). النواة الذرية . مالابار، فلوريدا: كريجر. ص 712. ISBN  0-89874-414-8.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )

تطبيقات صغيرة