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Chapitre 10 • Le photon: une introduction à la physique quantique
le métal, il y a un processus d'absorption, où le photon du faisceau est absorbé et
communique son énergie à l'électron. Si sa fréquence est trop faible, telle que
hv < Emin - Eo = W extraction• le processus ne peut avoir lieu. Si au contraire
hv > Emin - Eo = Wextraction • l'électron peut se trouver à l'issue du processus
dans un état du continuum, donc être éjecté du métal, et on peut le recueillir sur
une électrode. La lumière produit donc dans ce cas un courant d'électrons. C'est le
processus inverse de celui qui se produit dans une diode électroluminescente : le
courant numérique d'électrons y est (dans les conditions idéales) égal au courant
numérique des photons incidents. Pour la lumière jaune, 2,5 mW de lumière produisent 1 mA de courant électrique, ou de manière équivalente, 1 m W de lumière
produit 0,4 mA de courant.
Énergie
Emax
Emin
...
hv~w
1
1
:w
1
Photon
1
1
...
Eo
Figure l 0.4 - Diagramme montrant le niveau de plus basse énergie E 0 et la bande
d'énergie [Em;niEmax1 accessibles à un électron dans un métal. Sous l'effet d'un photon
incident, l'électron initialement dans l'état de plus basse énergie passe dans la bande
d'énergie supérieure, qui correspond à un électron éjecté hors du métal avec une
certaine énergie cinétique (effet photoélectrique).
• Excitation et modification de la vitesse d'un atome. Un atome possède des niveaux d'énergie discrets E 1 < E 2 < .... S'il se trouve dans son état fondamental
de plus basse énergie, 11 peut effectuer un saut vers le niveau excité d'énergie E 2
en absorbant un photon de fréquence v telle que :
148
v=
E2 - E1
h
(10.8)
C'est la règle de Bohr. Il y a aussi conservation de la quantité de mouvement au
cours du processus. Si M est la masse totale de l'atome, visa vitesse initiale, et Vf
sa vitesse après absorption du photon de vecteur d'onde k , on a donc :
(10.9)
L' atome change donc de vitesse sous l'effet du rayonnement, d'une quantité qui
vaut nk/M, de l'ordre du cm.ç 1 pour un atome de masse M = 10- 25 kg. La variation est faible, mais non négligeable. Une fois excité, 1 'atome revient dans son état
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le métal, il y a un processus d'absorption, où le photon du faisceau est absorbé et
communique son énergie à l'électron. Si sa fréquence est trop faible, telle que
hv < Emin - Eo = W extraction• le processus ne peut avoir lieu. Si au contraire
hv > Emin - Eo = Wextraction • l'électron peut se trouver à l'issue du processus
dans un état du continuum, donc être éjecté du métal, et on peut le recueillir sur
une électrode. La lumière produit donc dans ce cas un courant d'électrons. C'est le
processus inverse de celui qui se produit dans une diode électroluminescente : le
courant numérique d'électrons y est (dans les conditions idéales) égal au courant
numérique des photons incidents. Pour la lumière jaune, 2,5 mW de lumière produisent 1 mA de courant électrique, ou de manière équivalente, 1 m W de lumière
produit 0,4 mA de courant.
Énergie
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Figure l 0.4 - Diagramme montrant le niveau de plus basse énergie E 0 et la bande
d'énergie [Em;niEmax1 accessibles à un électron dans un métal. Sous l'effet d'un photon
incident, l'électron initialement dans l'état de plus basse énergie passe dans la bande
d'énergie supérieure, qui correspond à un électron éjecté hors du métal avec une
certaine énergie cinétique (effet photoélectrique).
• Excitation et modification de la vitesse d'un atome. Un atome possède des niveaux d'énergie discrets E 1 < E 2 < .... S'il se trouve dans son état fondamental
de plus basse énergie, 11 peut effectuer un saut vers le niveau excité d'énergie E 2
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C'est la règle de Bohr. Il y a aussi conservation de la quantité de mouvement au
cours du processus. Si M est la masse totale de l'atome, visa vitesse initiale, et Vf
sa vitesse après absorption du photon de vecteur d'onde k , on a donc :
(10.9)
L' atome change donc de vitesse sous l'effet du rayonnement, d'une quantité qui
vaut nk/M, de l'ordre du cm.ç 1 pour un atome de masse M = 10- 25 kg. La variation est faible, mais non négligeable. Une fois excité, 1 'atome revient dans son état