Techniklexikon

Photoelektronenquellen

Atom- und Molekülphysik, Geräte zur Erzeugung freier Elektronen aus Festkörpern, Molekülen und Atomen durch Photoionisation, d.h. durch Absorption elektromagnetischer Strahlung. Grundlage des Gerätes bildet der Photoeffekt, der im Jahre 1887 durch H. Hertz entdeckt wurde. Photoemission von Elektronen (äusserer Photoeffekt) tritt dann auf, wenn ein Elektron durch einen Absorptionsprozess genügend Energie erhält, die Potentialbarriere der Bindung an den Festkörper oder das Atom zu überwinden. Sie ist damit auf den Bereich der Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung beschränkt. Bei Photoemission aus Metallen sind die elektronischen Energieeigenzustände sind bis zur Fermi-Energie besetzt. Wird das Metall mit Photonen der Energie  bestrahlt, so können Elektronen die Potentialbarriere überwinden und das Metall verlassen. Die Grenzwellenlänge , für die diese Bedingung gerade erfüllt ist, liegt für die meisten Metalle im ultravioletten Spektralbereich (l_G < 400 nm). In Halbleitern werden Photoelektronen hauptsächlich aus den besetzten Zuständen des Leitungsbandes sowie aus dem Valenzband emittiert. Auch hier liegen die Grenzwellenlängen im ultravioletten Spektralbereich. Eine Anordnung zur Erzeugung von Photoelektronen besteht in der Regel aus einer Vakuumröhre, in der eine Photokathode mit Licht geeigneter Wellenlänge bestrahlt wird. Die so erzeugten Elektronen werden zu einer Anode abgezogen, wo der Strom gemessen werden kann. Als Kathodenmaterialien werden z.B. Wolfram, Alkalimetalle oder dotierte Halbleiter verwendet. In jüngster Zeit werden auch atomare Targets zur Erzeugung von Photoelektronen verwendet, die mit Laserstrahlung ionisiert werden. Auf diese Weise lassen sich Quellen monoenergetischer Elektronen mit extrem kleiner Energiebreite erzeugen, was z.B. für atomphysikalische Stossexperimente interessant ist.