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光電効果
dawn_の回答
- dawn_
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どうも上司さんや citeleさんの想定しておられる実験の条件がよくわからないのですが、 Ｘ線光電子分光による物質の内殻準位の測定を想定して回答します。 的外れでしたらすみません。 まず、一般にどの軌道(バンド？)からの光電子放出が多いかは状況次第で変わります。 どう変わるかを記述しているのが「フェルミの黄金律」と呼ばれる計算式でして、しば しば式の一部だけ取り出して簡略化した「行列要素」だけで使われたりもします。光電 効果(光電子放出)の場合に合わせて単純に書くと、 (放出光電流)∝ (終状態)×(光と電子の相互作用演算子)×(始状態) となります。(本当は単なる積じゃなくてブラケットだったりしますが、単純化のために 省略します) >光子と物質の相互作用 は２項目に入っていまして、citeleさんの仰る通り、大抵の光電子放出過程では光子と 電子の相互作用だけ考えれば十分です。始状態は光を当てる前の物質内部の電子状態、 終状態は光子が１つ消滅し、電子が１つ真空準位に励起され、物質内部に空孔が１つで きた状態です。光電子のエネルギーが物質の仕事関数よりも大きければ、光電子は真空 に放出されて、その一部は検出器(ついてれば)に到達してシグナルとして検出されます。 どの軌道(始状態)の電子が大きな行列要素を持つか、というのは相互作用演算子を挟ん だ掛け算の結果次第でして、また終状態や相互作用演算子の作用は物質や入射光の波長、 偏光に依存します。Ｋ殻からの放出が強い場合もありますし、Ｌ，Ｍ殻や自由電子が強 い場合もありまして、一概には言えません。 また、入射光子のエネルギー(波長)が丁度バンドの束縛エネルギーと等しい時(電子が 励起された場合に光電子のエネルギーが丁度０になる時)の条件を共鳴と呼びまして、 この時は一般に光電子放出が強化されます。(#1の回答者様が仰る状況です) >光子のモーメンタム 運動量のことでしたら、普通は光子のそれは物質中の電子のそれと比べてかなり小さい ので無視できます。最近流行りの硬Ｘ線光電子分光などでは無視できないようですが。 そのため、光電子の運動量は励起前と比較してある程度保存されることになり、これを 実験的に検出することは物質のバンド構造をより詳しく知る手段として重宝されています。 「角度分解光電子分光」あたりのキーワードでより詳しい説明が見つかると思います。 角運動量(円偏光)のことでしたら、上記の行列要素のうちで励起可能な始状態の対称性 に関わってきます。その結果として特定の軌道角運動量やスピン角運動量を持つ電子だ けが励起されたりして、主に物質の磁性などを探るのに役立っています。より詳しく知 りたいようでしたら、「XMCD」「円２色性」などのキーワードで探してみてください。
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