קיבלתי מייל מסטודנטית המתכוננת לראיון עבודה. הסטודנטית שאלה דבר פשוט וספציפי. לכאורה:
מה מתרחש בעת פגיעת אור במוליך למחיצה? האנרגיה המתקבלת מהפוטונים מומרת לאנרגייה חשמלית, ומגבירה את המוליכות של המוליך למחצה? ודבר נוסף – האם יש קשר בין הדברים לבין האפקט הפוטואלקטרי
שלושה משפטים קצרים. בואו ננסה לענות בכנות.
- מה מתרחש בעת פגיעת אור במוליך למחצה?
יש מספר אפשרויות:
- האפשרות הראשונה היא שלא מתרחש כלום. הפוטון מוחזר מפני השטח של המל״מ (המוליך למחצה) ועף לו למרחבי היקום. הדבר נקרא התנגשות אלסטית וזה די נפוץ. למעשה, כל פעם שאנחנו מבחינים בפני שטח מבריקים, העיניים שלנו קולטות את הפוטונים המוחזרים האופן אלסטי. גבישים של מוליכים למחצה בהחלט יכולים להיות מבריקים.
- האפשרות האחרת היא שהפוטון לא מוחזר אלא מחליק על פני השטח כך שכוון המעוף שלו משתנה בצורה די שרירותית. תופעה זו נקראת פיזור ריילי ובזכותה חפצים שונים נראים כפני שטח מט.
- האפשרות השלישית היא שהפוטון נבלע בתוך המל״מ וזה גורם לפיזור האנרגיה שלו בצורות שונות (בעיקר, חום) שגם זה לא ניתן לזיהוי בשל הגודל המזערי של השינויים.
- והאפשרות הרביעית והאחרונה היא שהפוטון נבלע בצורה כזאת שהאנרגייה שלו מומרת להקפצת אלקטקון אחד מפס הערכיות של החומר המוצק לפס ההולכה שלו. מבחינת הצופה החיצוני המצויד במכשור מספיק רגיש, תתלווה האפשרות הרביעית בפולס של זרם חשמלי, שאותו ניתן להגביר ולגלות בצורה מאקרוסקופית.
כאן המצפון שלי מכריח להוסיף שתי ההערות חשובות:
- אני מתעלם כאן מהאפשרות של הקפצת חור אלקטרוני, כי אז הסיפור יהיה ארוך מדיי.
- ברור לנו שאין להבין את המילה "הקפצה" כתנועה של משהו כלפי מעלה ואת "הפסים" כפסים או אזורים הקיימים בפועל. מדובר בתיאור נוח במרחב מופשט שבו אין גובה, אורך או רוחב אלא יש אנרגיות והתפלגויותן שונות. כך למשל הביטוי "אלקטרון מוקפץ לפס ההולכה" משמעו הפיזיקאלי הוא שלאלקטרון יש מספיק אנרגייה קינטית בשביל להתגבר על המשיכה לאטומים.
למרבה המזל הסטודנטית לר שאלה את השאלה הקשה יותר והיא, במה תלוי איזו מתוך האפשרויות תתממש בפועל. אז נתעלם מזה, רק נרמוז שהדבר תלוי בהרבה גורמים והחשוב ביניהם הוא אורך הגל של הפוטון.
2. אנרגיה המתקבלת מהפוטונים מומרת לאנרגייה חשמלית, ומגבירה את המוליכות של המוליך למחצה
על מנת לענות ולא לשקר צריך להגדיר למה אנחנו קוראים "אנרגייה חשמלית". זה הרבה פחות פשוט ממה שזה נראה על פניו. הרי האור בפני עצמו הינו גל אלקטרומגנטי. האם מזה נובע שאנרגיית האור היא חשמלית? אם כן, אז לכאורה אין שום המרה, כי הכול פה אנרגייה חשמלית. ואם לא , אז אכן יש ההמרה, אבל אז נפתח בפנינו תהום של הגדרות: האם רק זרם הוא אנרגייה חשמלית אן שחשמל סטטי הוא גם אנרגייה חשמלית? האם האנרגייה החשמלית היא רק בחוטי החשמל? האם ניתן להקרין את האנרגייה החשמלית? בלי להגדיר במדויק את הגבולות, לא נוכל לענות על השאלה בצורה נכונה. אני אישית מעדיף לדבר על אנרגייה ללא שמות תואר כגון חשמלית, מגנטית וכד', אבל מי שיראיין את הסטודנטית שלנו, לא חייב לחשוב בדיוק כמוני.
3. האם יש קשר בין הדברים לבין האפקט הפוטואלקטרי?
גם פה התשובה תלוייה מאוד בהגדרות. הרי האפקט הפוטואלקטרי במקור התגלה על מתכות. מוליכים למחצה אינם מתכות, לכן בהחלט אפשר להגיד שאין שום קשר בין התופעות בהם לבין התופעות במתכות. מאידך, מהותית מדובר באותה התופעה אומנם בשני מקרים קצת שונים שלה. אז עוד פעם, אני לא יודע למה בדיוק מתכוון המראיין, אז איך אני יכול לענות ולא לגרום לכשלון של הסטודנטית בראיון?
