AT.1 · Photoelectrons, reduced mass and atomic excitation

等間隔の電流低下は、異なる原子状態の遷移ではなく、同一の励起エネルギーの損失が繰り返されたことを示すことができる。

前提知識：7。

• 光電効果閾値と特性X線を区別する
• 換算質量によるスペクトルスケール化と多電子系におけるスピン充填を適用する
• フランク＝ヘルツのエネルギー間隔を新しい能準を仮定せずに解釈する

光電効果の最大運動エネルギーは Kmax=hν−ϕ で、光子周波数が値 ν0=ϕ/h を超える場合に成立する。停止電圧の大きさ eVs=Kmax を満たすため、Vs は閾値以上で ν に比例する。一定周波数での強度増加は利用可能な光子数を増やし、通常は光電流を増大させるが、最大光電子エネルギーは変化しない。閾値未満では、単一光子モデルにより、強度に関わらず光電子は放出されない。仕事関数は表面固有の性質であり、照明周波数に比例するものではない。

特性X線は、電子が内殻の欠陥を埋める際に放出される光子が壳層間のエネルギー差に等しいときに生じる。その鋭利な線は標的原子に依存する。ブレームストラhlungは、核電場中での高エネルギー電子の減速によって発生し、連続的な背景スペクトルを生む。このスペクトルの上限エネルギーは入射電子エネルギーによって決まる。連続背景と離散線が同時に現れることもあり、片方の存在が他方を排除することはない。これらのメカニズムは可視蛍光、フォノン散乱、粒子捕獲とは異なる。

水素様二体原子においては、電子質量を換算質量 μ=m_eM/(m_e+M) に置き換える。単純なクーロンモデルでは、能準エネルギーは −μZ²/n² に比例するため、スペクトル周波数は μZ² に比例し、波長はこれに反比例する。陽電子分子（ポシトリウム）では M=m_e、μ=m_e/2 となり、そのライドバーグ定数は無限の核質量の場合の半分となる。重核では μ は m_e に近づく。多電子原子においては、水素モデルを用いず、軌道充填とフント則に従う：縮重軌道は、対形成を行う前に平行スピンで単に占められる。炭素の 2p² は2つの不対電子を持ち、全スピン S=1 である。酸素の 2p⁴ も2つの不対電子を持ち、同様に S=1 である。閉じた対は正味のスピン寄与ゼロとなる。

フランク＝ヘルツ実験において、加速電子は原子の閾値に達した時点で非弾性励起を通じてエネルギーを失う。加速電圧における電流低下やピークの等間隔は、同一の励起エネルギーが1回、2回、あるいはそれ以上失われたことを識別するために用いられる。間隔 ΔV はエネルギー eΔV に相当する。4,8,12 V のピークが必ずしも3つの異なる励起能準を表しているわけではない。接触電位や逆方向電界が絶対的なピーク位置をずらすことがあるため、間隔と装置条件を参照して使用すべきである。励起原子がそのエネルギーを持つ1つの光子として脱励起する場合、波長は hc/(eΔV) となる。

単一光子光電効果においては、表面の仕事関数 phi を用いる。

光子エネルギーが 4.5 eV で phi = 2.0 eV の場合、 停止電圧の大きさは 2.5 V である。同じ周波数での強度の増加 は利用可能な電子の速度を変化させるものであり、この最大エネルギーは変わらない。

電流強度と停止電圧は異なる問いに対する答えである。換算質量と軌道の縮重度を含め、すべての極大を新しい準位として扱うのではなく、フランク＝ヘルツの間隔を用いるべきである。

仕事関数：指定された表面から電子を引き出すために必要な最小エネルギー。

換算質量：相対運動に対する有効質量 m1m2/(m1+m2)。