Información sobre optoelectrónica en inglés

Cuando una superficie metálica se expone a radiación electromagnética por encima de un cierto umbral de frecuencia, se absorbe luz y se emiten electrones. En 1902, Philipp Eduard Anton von Lenard observó que la energía de los electrones emitidos aumenta con la frecuencia o color de la luz. Esto era inconsistente con la teoría ondulatoria de la luz de James Clerk Maxwell, que predijo que la energía sería proporcional a la intensidad de la radiación. En 1905, Einstein resolvió esta paradoja cuando describió la luz como compuesta de cuantos discretos, ahora llamados fotones, en lugar de una onda continua. Basándose en la teoría de la radiación del cuerpo negro de Max Planck, Einstein teorizó que la energía de cada fotón de luz es igual a la frecuencia multiplicada por una constante, que más tarde se conoció como la constante de Planck. Los fotones por encima de la frecuencia umbral tienen la energía necesaria para emitir un solo electrón, produciendo el efecto observado. Este descubrimiento condujo a la revolución cuántica en la física y le valió a Einstein el Premio Nobel en 1965.

Explicación

Los fotones del haz de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. Durante la fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y la energía es mayor que la función de trabajo, el electrón es expulsado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, los electrones no pueden escapar de la superficie del material. Aumentar la intensidad del haz no cambia la energía de los fotones componentes, sólo el número de fotones. Por tanto, la energía de un electrón emitido no depende de la intensidad de la luz incidente, sino únicamente de la energía de un único fotón.

Los electrones pueden absorber energía de los fotones cuando se exponen a la radiación, pero siguen un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de su enlace atómico, de lo contrario la energía se liberaría nuevamente. Si se absorbe la energía del fotón, parte de la energía libera el electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como partícula libre.

Ley de Fotoemisión

Para un determinado metal y frecuencia de radiación incidente, la velocidad a la que se emiten fotoelectrones es proporcional a la intensidad de la luz incidente.

Para un metal determinado, existe una frecuencia mínima específica de radiación incidente por debajo de la cual no se pueden emitir fotoelectrones. Esta frecuencia se llama frecuencia umbral.

Por encima de la frecuencia umbral, la energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente.

El intervalo de tiempo entre la incidencia de la radiación y la emisión de fotoelectrones es muy pequeño, inferior a 10-9 segundos.