광전자

요약 각각의 금속에 고유한 에너지 이상의 빛을 쬐었을 때 전자가 일함수라고 하는 원자핵과의 속박에너지 이상의 에너지를 얻어 금속 밖으로 방출되는데, 이러한 전자를 광전자라 한다. 이는 빛의 입자적인 성질의 결과이며 이러한 효과를 광전효과라 한다.

보통 금속에서 전자들은 원자핵과 전기력에 의해 금속에 속박되어 있다. 이때 전자에 충분한 에너지를 공급하면 전자는 금속 밖으로 튀어나온다. 전자에 에너지를 공급하는 방법에 따라 열의 영향을 받고 튀어나오는 전자를 열전자라 하고, 빛에 의해 튀어나오는 전자를 광전자라 한다. 광전자는 광전효과의 결과이다.

양자론에 따르면, 모든 물질은 입자적인 성질과 파동적인 성질도 갖는다. 입자적인 성질에 따라 빛은 광자로 이루어져 있다고 볼 수 있다. 광자 한 개의 에너지(E)는 빛의 진동수(V)에 플랑크상수(h)를 곱한 값이다(E=hV).

광자 한 개의 에너지가 금속의 일함수라고 하는 속박 에너지보다 클 때 비로소 광자가 에너지를 전자에 주어 광전자가 금속 밖으로 나온다. 이때 방출되는 개수는 빛의 세기, 즉 광자의 개수와 비례한다. 광전자가 가지는 에너지는 광전효과에서 흡수된 광자의 에너지로부터 전자가 물질의 밖으로 나오는 데 필요한 에너지(일함수)를 뺀 것과 같다.

광전자에 의한 현상으로, 기체가 빛을 흡수하여 광전자를 방출해서 이온이 되는 광이온화[光電離], 고체 표면에서 광전자가 방출되는 외부광전효과, 절연체나 반도체 안에서 원자가전자띠[原子價電子帶]로부터 방출된 광전자가 전도띠[傳導帶]로 올라가 광전도성을 가지는 내부광전효과, 고체 접촉면에서 방출된 광전자가 나타내는 광기전력효과(光起電力效果) 등이 있다.