فوٹو الیکٹران تابکاری - جسمانی معنی، قوانین اور اطلاقات
فوٹو الیکٹران کے اخراج (یا بیرونی فوٹو الیکٹرک اثر) کے رجحان کو تجرباتی طور پر 1887 میں ہینرچ ہرٹز نے ایک کھلے گہا کے تجربے کے دوران دریافت کیا تھا۔ جب ہرٹز نے زنک کی چنگاریوں پر بالائے بنفشی تابکاری کی ہدایت کی، اسی وقت ان کے ذریعے برقی چنگاری کا گزرنا کافی آسان تھا۔
اس طرح، فوٹو الیکٹران ریڈی ایشن کو ان پر گرنے والی برقی مقناطیسی شعاعوں کے زیر اثر ٹھوس یا مائع اجسام سے خلا میں (یا کسی دوسرے میڈیم میں) الیکٹرانوں کے اخراج کا عمل کہا جا سکتا ہے۔ عملی طور پر سب سے اہم ٹھوس جسموں سے فوٹو الیکٹران کا اخراج ہے - خلا میں۔
1. برقی مقناطیسی تابکاری جس میں مسلسل اسپیکٹرل کمپوزیشن فوٹوکیتھوڈ پر پڑتی ہے ایک سیر شدہ فوٹوکورنٹ I کا سبب بنتی ہے، جس کی قدر کیتھوڈ کی شعاع ریزی کے متناسب ہوتی ہے، یعنی 1 سیکنڈ میں فوٹو الیکٹران کی ناک آؤٹ (خارج) کی تعداد متناسب ہوتی ہے۔ واقعے کی شدت تابکاری F.
2.ہر مادے کے لیے، اس کی کیمیائی نوعیت کے مطابق اور اس کی سطح کی ایک خاص حالت کے ساتھ، جو کسی مادے سے الیکٹرانوں کے کام کے فنکشن کا تعین کرتی ہے، فوٹو الیکٹران ریڈی ایشن کی ایک لمبی لہر (سرخ) حد ہوتی ہے، یعنی , کم از کم تعدد v0 جس کے نیچے فوٹو الیکٹرک اثر ناممکن ہے۔
3. فوٹو الیکٹران کی زیادہ سے زیادہ ابتدائی رفتار واقعہ تابکاری کی فریکوئنسی سے متعین ہوتی ہے اور اس کی شدت پر منحصر نہیں ہوتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، فوٹو الیکٹران کی زیادہ سے زیادہ حرکی توانائی واقعہ تابکاری کی بڑھتی ہوئی تعدد کے ساتھ لکیری طور پر بڑھتی ہے اور اس تابکاری کی شدت پر منحصر نہیں ہے۔
بیرونی فوٹو الیکٹرک اثر کے قوانین اصولی طور پر صرف مطلق صفر درجہ حرارت پر ہی پورے ہوں گے، جبکہ درحقیقت، T > 0 K پر، فوٹو الیکٹران کا اخراج کٹ آف طول موج سے زیادہ طول موج پر بھی دیکھا جاتا ہے، اگرچہ بہت کم تعداد کے ساتھ خارج کرنے والے الیکٹران واقعہ کی تابکاری کی انتہائی زیادہ شدت پر (1 W/cm 2 سے زیادہ)، ان قوانین کی بھی خلاف ورزی کی جاتی ہے، کیونکہ ملٹی فوٹون عمل کی شدت واضح اور اہم ہو جاتی ہے۔
جسمانی طور پر، فوٹو الیکٹران کے اخراج کا رجحان تین لگاتار عمل ہے۔
سب سے پہلے، واقعہ فوٹون مادہ کے ذریعے جذب ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک الیکٹران جس کی توانائی اوسط سے زیادہ حجم سے زیادہ ہوتی ہے مادہ کے اندر ظاہر ہوتا ہے۔ یہ الیکٹران جسم کی سطح پر منتقل ہوتا ہے اور راستے میں اس کی توانائی کا کچھ حصہ ضائع ہو جاتا ہے، کیونکہ راستے میں ایسا الیکٹران دوسرے الیکٹرانوں اور کرسٹل جالی کی کمپن کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ آخر میں، الیکٹران جسم کے باہر کسی خلا یا دوسرے میڈیم میں داخل ہوتا ہے، ان دو میڈیم کے درمیان کی حد میں ممکنہ رکاوٹ سے گزرتا ہے۔
جیسا کہ دھاتوں کے لیے عام ہے، سپیکٹرم کے مرئی اور بالائے بنفشی حصوں میں، فوٹان ترسیل الیکٹران کے ذریعے جذب ہوتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹرز اور ڈائی الیکٹرکس کے لیے، الیکٹران والنس بینڈ سے پرجوش ہوتے ہیں۔ کسی بھی صورت میں، فوٹو الیکٹران کے اخراج کی ایک مقداری خصوصیت کوانٹم پیداوار ہے — Y — فی واقعہ فوٹوون کے خارج ہونے والے الیکٹرانوں کی تعداد۔
کوانٹم کی پیداوار کا انحصار مادہ کی خصوصیات پر، اس کی سطح کی حالت پر، اور ساتھ ہی واقع ہونے والے فوٹونز کی توانائی پر ہوتا ہے۔
دھاتوں میں، فوٹو الیکٹران کے اخراج کی طویل طول موج کی حد ان کی سطح سے الیکٹران کے کام کے فنکشن سے متعین ہوتی ہے۔ زیادہ تر صاف سطح کی دھاتوں کا کام 3 eV سے اوپر ہوتا ہے، جبکہ الکلی دھاتوں کا کام 2 سے 3 eV ہوتا ہے۔
اس وجہ سے، الکلی اور الکلائن زمین کی دھاتوں کی سطح سے فوٹو الیکٹران کے اخراج کا مشاہدہ اس وقت بھی کیا جا سکتا ہے جب اسپیکٹرم کے نظر آنے والے علاقے میں فوٹان کے ساتھ شعاع ریزی کی جاتی ہے، نہ صرف یووی۔ جبکہ عام دھاتوں میں، فوٹو الیکٹران کا اخراج صرف UV تعدد سے ہی ممکن ہے۔
اس کا استعمال دھات کے کام کو کم کرنے کے لیے کیا جاتا ہے: الکلی اور الکلائن ارتھ میٹلز کی ایک فلم (مونواٹومک پرت) ایک عام دھات پر جمع کی جاتی ہے اور اس طرح فوٹو الیکٹران کے اخراج کی سرخ حد لمبی لہروں کے علاقے میں منتقل ہو جاتی ہے۔
قریب UV اور نظر آنے والے علاقوں میں دھاتوں کی کوانٹم پیداوار Y کی خصوصیت 0.001 الیکٹران/فوٹن سے کم ہے کیونکہ فوٹو الیکٹران کے رساو کی گہرائی دھات کی روشنی جذب کرنے کی گہرائی کے مقابلے میں چھوٹی ہے۔فوٹو الیکٹران کا بڑا حصہ دھات کی خارجی حد تک پہنچنے سے پہلے ہی اپنی توانائی کو ضائع کر دیتا ہے، باہر نکلنے کا کوئی موقع کھو دیتا ہے۔
اگر فوٹوون کی توانائی فوٹو اخراج کی حد کے قریب ہے، تو زیادہ تر الیکٹران خلا کی سطح سے نیچے کی توانائیوں پر پرجوش ہوں گے اور وہ فوٹو اخراج میں حصہ نہیں ڈالیں گے۔ اس کے علاوہ، قریب کے UV اور دکھائی دینے والے خطوں میں ریفلیکشن گتانک دھاتوں کے لیے بہت زیادہ ہے، اس لیے تابکاری کا صرف ایک بہت چھوٹا حصہ ہی دھات کے ذریعے جذب کیا جائے گا۔ دور UV خطے میں یہ حدیں کم ہو جاتی ہیں اور Y 0.01 الیکٹران/فوٹن تک پہنچ جاتا ہے جب کہ 10 eV سے اوپر کی فوٹوون توانائیوں پر۔
یہ اعداد و شمار ایک خالص تانبے کی سطح کے لیے فوٹو اخراج کوانٹم پیداوار کے سپیکٹرل انحصار کو ظاہر کرتا ہے:
دھات کی سطح کی آلودگی فوٹوکورنٹ کو کم کرتی ہے اور سرخ حد کو طول موج کے طویل علاقے میں منتقل کرتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، ان حالات میں دور UV خطے کے لیے، Y بڑھ سکتا ہے۔
فوٹو الیکٹران ریڈی ایشن فوٹو الیکٹرانک آلات میں ایپلی کیشن تلاش کرتی ہے جو مختلف رینج کے برقی مقناطیسی سگنلز کو برقی کرنٹ اور وولٹیج میں تبدیل کرتی ہے۔ مثال کے طور پر، غیر مرئی انفراریڈ سگنلز میں موجود تصویر کو ایک ایسے ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے نظر آنے والی تصویر میں تبدیل کیا جا سکتا ہے جو فوٹو الیکٹران کے اخراج کے رجحان کی بنیاد پر کام کرتا ہے۔ فوٹو الیکٹران تابکاری بھی کام کرتی ہے۔ فوٹو سیلز میںمختلف الیکٹرونک آپٹیکل کنورٹرز میں، فوٹو ملٹیپلائرز، فوٹو ریسسٹرس، فوٹوڈیوڈس، الیکٹران بیم ٹیوبوں میں وغیرہ۔
بھی دیکھو:شمسی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرنے کا عمل کیسے کام کرتا ہے۔