Energia de limiar de fotoemissão

Principais energias em estrutura de bandas para sólidos cristalinos.

Há um limite máximo de energia cinética E_cin na qual elétrons fotoemitidos podem ser detectados em espectos oriundos de técnicas de espectroscopia eletrônica. Os elétrons mais energéticos emitidos pela amostra provêm, em acordo com a equação fundamental de fotoemissão, dos níveis com menores energias de ligação ocupados dentro da amostra, e mantêm relação direta com a densidade de estados associada a estes níveis. A energia de limiar de emissão (E_T ou E_L), muitas vezes chamada de energia de ionização do material (I), refere-se ao módulo da energia dos elétrons mais energéticos detectáveis em espectros de fotoemissão quando ainda não excitados e dentro do sólido, medida em referência ao nível de vácuo.

Outra forma de se definir energia de limiar de fotoemissão é dizer que esta corresponde à mínima energia $\hbar \omega$ que um fóton deve ter para conseguir arrancar elétrons da amostra, produzindo então uma corrente de fotoemissão.

Em semicondutores, onde o número de elétrons na banda de condução é mínimo à temperatura ambiente, não sendo estes detectáveis em espectros de fotoemissão, os elétrons mais energéticos detectáveis correspondem aos elétrons no topo da banda de valência. Em metais, os elétrons mais energéticos têm energias que excedem a energia de Fermi em um valor igual à energia térmica por eles ganha, geralmente aceita, em média, como sendo a metade do valor K_B T. Para T = 300K, K_BT = 0,025eV, muito aquém da resolução mínima do nosso espectrômetro de fotoelétrons.

Do exposto, define-se o limiar de fotoemissão E_T como sendo a soma da eletroafinidade X e a largura da janela de energias proibidas E_g (gap):

E_T = X + E_g

Como em semicondutores a eletroafinidade X localiza a energia E_MBC do mínimo da banda de condução em relação à energia de vácuo E_v (ver figura), e a energia E_g corresponde à distância em energia entre o mínimo da banda de condução e o máximo da banda de valência, o limiar de fotoemissão localiza a posição do topo da banda de valência em relação ao nível de vácuo. Em metais, não há faixa proibida acima dos níveis mais energéticos ocupados na banda de valência, pois esta banda encontra-se semipreenchida. Assim sendo, o limiar de fotoemissão corresponde à energia de Fermi do referido metal, dado que X = $\Phi$ nos metais.

Assim:

E_T = X + E_g = -E_v^MBV para semicondutores e isolantes, e

E_T = X = $\Phi$ para os metais.

Bibliografia

• Carvalho, Lauro Chieza de - Estudo das Estruturas Fe:GaAs e Fe:Cs:GaAs por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X - Universidade Federal de Minas Gerais - ICEx - 11 de julho de 2005 [1]^{[ligação inativa]}.

Ver também

• Energia de limiar de fotoemissão
• Diferença de potencial de contato
• Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X