¿Qué es un fotoelectrón?

Un fotoelectrón es un electrón emitido por una sustancia debido al efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico ocurre cuando un material que generalmente es de naturaleza metálica absorbe suficiente radiación de luz para que esto produzca la emisión de electrones desde su superficie. El descubrimiento del efecto fotoeléctrico fue realizado por primera vez en 1887 por Heinrich Hertz, un físico alemán, y posteriormente se lo denominó efecto Hertz. Muchos investigadores pasaron tiempo definiendo sus propiedades a lo largo de los años, y, en 1905, Albert Einstein publicó hallazgos de que fue causado por cuantos de luz conocidos como fotones. La explicación clara y elegante de Einstein de cómo se produjeron los fotoelectrones resultó en que ganó el Premio Nobel de Física en 1921.

Para que los fotoelectrones se emitan desde una superficie, la longitud de onda de la luz debe ser de un valor suficientemente bajo, como el de la luz roja. La emisión de fotoelectrones también es una característica clave que se utiliza para describir los principios de la mecánica cuántica. El proceso implica que un material sólido absorbe un cuantos o un solo fotón de energía si la energía del fotón es mayor que la energía de la banda de valencia superior o la capa de electrones más externa del material.

La espectroscopía de fotoelectrones es un proceso en el que se analiza la energía cinética de los fotones emitidos desde una superficie para estudiar la región superficial de un material de muestra. Se han utilizado dos tipos básicos del proceso. La espectroscopía de rayos X estudia los niveles centrales de un material usando rangos de energía de fotones de 200 a 2,000 voltios de electrones, y la espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta usa niveles de energía de fotones de entre 10 a 45 voltios de electrones para estudiar los electrones externos o las capas de valencia del material. A partir de 2011, el último equipo sincrotrón, que es un ciclotrón magnético que acelera electrostáticamente las partículas, permite el estudio de rangos de energía entre 5 y más de 5,000 voltios de electrones para que ya no sea necesario un equipo de investigación separado. Sin embargo, estas máquinas son caras y complejas, por lo que no se utilizan ampliamente en el campo.

A partir de 2011, el equipo del espectrómetro de fotoelectrones se ha desarrollado con un detector de electrones que puede funcionar al aire libre y a presión atmosférica, lo que es nuevo en el campo. Es capaz de medir el grosor de películas delgadas hasta niveles tan finos como 20 nanómetros, o 20 billonésimas de metro. Las máquinas son modelos de escritorio que usan una fuente de luz ultravioleta y pueden operar en un rango de 3.4 a 6.2 voltios de electrones. Se utilizan para analizar metales y semiconductores como el silicio.