Tashqi fotoeffektni 1887-yilda Genrix Gers kashf etgan. U ochiq rezonator bilan ishlayotganda ultrabinafsha nurlar bilan ruxdan yasalgan razryadniklar yoritilsa, uchqun hosil bo‘lishi sezilarli darajada osonlashishini payqagan.

1888—1890-yillarda fotoeffektni rus fizigi Aleksandr Stoletov muntazam tadqiq etib, 6 ta ilmiy ish nashr qilgan. U bu sohada bir qancha muhim kashfiyotlar qilgan, jumladan, tashqi fotoeffektning birinchi qonunini aniqlagan.

Stoletov, shuningdek, «Boshqa nurlarga qaraganda juda katta ustunlik bilan, balki faqat o‘zigagina xos tarzda, quyosh spektrida uchramaydigan eng kuchli sinuvchi nurlar razryadlovchi ta’sir ko‘rsatadi», degan xulosaga kelgan. Shu tariqa u fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligi haqidagi xulosaga juda yaqinlashgan. 1891-yilda Elster va Geytel ishqoriy metallarni o‘rganib, metallning musbat elektr xossasi qanchalik yuqori bo‘lsa, u yorug‘likka sezgir bo‘lib qoladigan chegara chastotasi shunchalik past bo‘lishini aniqlagan.

Tomson 1898-yilda tajriba orqali tashqi fotoeffekt paytida metalldan chiqadigan elektr zaryadi oqimi avvalroq o‘zi kashf etgan (keyinchalik elektron deb atalgan) zarralar oqimidan iborat ekanini ko‘rsatgan. Shuning uchun yoritilganlik ortishi bilan fototokning ko‘payishi ajralib chiqayotgan elektronlar sonining ko‘payishini anglatadi.

Fotoeffekt yuzasidan Filipp Lenard 1900—1902-yillarda olib borgan tadqiqotlar klassik elektrodinamikaga zid ravishda, energiya — uchib chiqayotgan elektronning energiyasi — doimo tushayotgan nurlanish chastotasi bilan qat’iy bog‘liq ekanini, lekin yorug‘lik intensivligi, ya’ni nurlantirish intensivligi oshishi bilan deyarli o‘zgarmasligini ko‘rsatgan.

Fotoeffektni 1905-yilda Albert Eynshteyn tushuntirib bergan (buning uchun u 1921-yilda shved fizigi Karl Vilgelm Ozeenning tavsiyasi bilan Nobel mukofotini olgan). Bu izoh yorug‘likning kvant tabiatiga oid Maks Plank gipotezasiga asoslangan edi. Eynshteynning ilmiy ishida muhim yangi faraz ilgari surilgan: agar Plank aynan 1900-yilda yorug‘lik faqat kvantlangan porsiyalar shaklida nurlanadi deb faraz qilgan bo‘lsa, Eynshteyn yorug‘lik ham kvantlangan ulushlar shaklida mavjud bo‘ladi, deb hisoblagan (fotonlar). Har birining energiyasi hν ga teng, bunda h — Plank doimiysi.

1906—1915-yillarda fotoeffektni Robert Milliken o‘rgangan. U to‘xtatuvchi kuchlanishning chastotaga aniq bog‘liqligini (haqiqatan ham chiziqli ekanini) aniqlab, shu asosda Plank doimiysini hisoblab chiqqan. «Men hayotimning o‘n yilini Eynshteynning 1905-yilgi ushbu tenglamasini tekshirishga sarfladim, — deb yozgan Milliken, — va barcha kutganlarimga zid ravishda, 1915-yilda uning tajriba bilan tasdiqlanganini so‘zsiz tan olishimga to‘g‘ri keldi. Bu tenglama bema’nidek tuyulsa-da, chunki u yorug‘lik interferensiyasi haqida bilganlarimizning barchasiga ziddek ko‘rinardi». 1923-yilda Milliken «elementar elektr zaryadini aniqlash va fotoelektrik effekt bo‘yicha ishlari uchun» fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘lgan.

Fotoeffekt bo‘yicha tadqiqotlar kvant mexanikasiga oid dastlabki tadqiqotlardan biri bo‘lgan.

Tashqi fotoeffekt qonunlari:

Fotoeffektning 1-qonuni (Stoletov qonuni): To‘yinish fototoki kuchi yorug‘lik nurlanishining intensivligiga to‘g‘ri proporsional. Fotokatodga tushayotgan elektromagnit nurlanishning spektral tarkibi o‘zgarmaganda, to‘yinish fototoki energetik yoritilganlikka (katodning yoritilganlik darajasiga) to‘g‘ri proporsional bo‘ladi. Boshqacha aytganda, vaqt birligida katoddan ajralib chiqadigan fotoelektronlar soni nurlanish intensivligiga to‘g‘ri proporsional.

Fotoeffektning 2-qonuni: Yorug‘lik ta’sirida ajralib chiqadigan elektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug‘lik chastotasi ortishi bilan oshadi va uning intensivligiga bog‘liq emas.

Fotoeffektning 3-qonuni: Har bir moddada uning sirtining muayyan holati uchun yorug‘likning shunday chegara chastotasi mavjudki, undan pastda fotoeffekt kuzatilmaydi. Bu chastota va unga mos to‘lqin uzunligi fotoeffektning qizil chegarasi deb ataladi.

Tashqi fotoeffekt deyarli inersiyasiz sodir bo‘ladi. Fotoeffekt yuz berishi mumkin bo‘lgan sharoitda jism sirti yoritilishi bilanoq fototok darhol hosil bo‘ladi.

Fotoeffektda metall sirtiga tushayotgan elektromagnit nurlanishning bir qismi qaytadi, qolgan qismi esa metall, yarimo‘tkazgich yoki dielektrikning sirt qatlamiga kirib, u yerda yutiladi. Fotonni yutgan elektron undan energiya oladi. 1905-yilgi nazariyaga ko‘ra, yorug‘likni zarralar (fotonlar) sifatida tasavvur qilganda, energiyaning saqlanish qonunidan fotoeffekt uchun Eynshteyn formulasi kelib chiqadi:

${\displaystyle h\nu =\varphi +\frac{m{v}_m^2}{2}}$

bu yerda ${\displaystyle \varphi }$ — chiqish ishi (elektronni moddadan ajratib olish uchun zarur bo‘lgan minimal energiya). Hozirgi ilmiy adabiyotlarda chiqish ishini belgilash uchun A harfi ishlatilmaydi;

${\displaystyle \frac{m{v}_m^2}{2}}$ — uchib chiqayotgan elektronning maksimal kinetik energiyasi;

${\displaystyle \nu }$ — tushayotgan fotonning chastotasi, foton energiyasi esa ${\displaystyle h\nu }$ ;

h — Plank doimiysi .

Ushbu formuladan fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligi T = 0 K da, ya’ni eng kichik chastota (${\displaystyle {h\nu }_{min}=\varphi }$) mavjudligi kelib chiqadi. Undan past chastotada foton energiyasi elektronni metalldan «urib chiqarish» uchun yetarli bo‘lmaydi. Aksariyat moddalarda bu hodisa faqat ultrabinafsha nurlanish ta’sirida yuz beradi, ammo ayrim metallar (litiy, kaliy, natriy) uchun ko‘rinadigan yorug‘lik ham yetarli.

Elektrodlarga berilgan teskari qutbli kuchlanish fotoeffekt tokini kamaytiradi, chunki elektronlar elektrostatik kuchlarni yengish uchun qo‘shimcha ish bajarishi kerak bo‘ladi. Fototokni butunlay to‘xtatadigan eng kichik kuchlanish sekinlashtiruvchi yoki to‘xtatuvchi kuchlanish deyiladi. Elektronlarning maksimal kinetik energiyasi to‘xtatuvchi kuchlanish orqali quyidagicha ifodalanadi:

${\displaystyle E_k^{max}=e{U}_3}$

Fotoeffekt sirtqi (fotoelektron atomlarning sirt qatlamidan uchib chiqqanda) va hajmiy (fotoelektron qattiq jism ichidan uchib chiqqanda) turlarga bo‘linadi. Hajmiy fotoeffekt uch bosqichda ko‘rib chiqiladi:

birinchi bosqichda atom elektroni qo‘zg‘algan holatga o‘tadi; ikkinchi bosqichda tortuvchi elektr maydoni ta’sirida elektron sirtga yetib boradi; uchinchi bosqichda, agar elektronning energiyasi sirtidagi potensial to‘siqni yengishga yetarli bo‘lsa, u qattiq jismdan uchib chiqadi. Umumiy ko‘rinishda quyidagicha yozish mumkin:

${\displaystyle h\nu =E_b+E_l+E_{kin}+\varphi }$

bu yerda ${\displaystyle E_b}$ — elektronning Fermi sathiga nisbatan bog‘lanish energiyasi, ${\displaystyle E_l}$ — elektronning sirtga borish yo‘lida, asosan, kristall panjarada sochilish tufayli yo‘qotadigan energiyasi, ${\displaystyle E_{kin}}$ — vakuumga uchib chiqqan elektronning kinetik energiyasi.

Metallardagi tashqi fotoeffektning asosiy qonuniyatlari Fauler nazariyasi bilan yaxshi tavsiflanadi. Unga ko‘ra, metallda foton yutilganda uning energiyasi o‘tkazuvchanlik elektronlariga o‘tadi. Natijada elektron gaz odatiy taqsimot (Fermi — Dirak taqsimoti) va energiya bo‘yicha (${\displaystyle h\nu }$) ga siljigan «qo‘zg‘algan» taqsimotga ega gazlar aralashmasidan iborat bo‘ladi.

Fototok zichligi Fauler formulasi bilan aniqlanadi:

${\displaystyle j=\{\begin{array}{cc}{B}_1{T}^2\exp \left(\frac{h\nu -h{\nu }_{min}}{kT}\right),& h\nu ⩽{h\nu }_{min}-2kT,\\ B_2{T}^2(\frac{{(h\nu -h{\nu }_{min})}^2}{k^2{T}^2}+B_3),& h\nu >{h\nu }_{min}+2kT,\end{array}}$

bu yerda ${\displaystyle B_1}$, ${\displaystyle B_2}$, ${\displaystyle B_3}$ — nurlantirilayotgan metall xossalariga bog‘liq ayrim o‘zgarmas koeffitsiyentlar, ${\displaystyle T}$ — harorat, ${\displaystyle k}$ — Bolsman doimiysi. Formula fotoemissiyani qo‘zg‘atish energiyasi elektronning metalldan chiqish ishidan bir necha elektron-voltdan ko‘proqqa oshmaydigan holatlarda o‘rinlidir. Fauler nazariyasi tajriba natijalariga faqat yorug‘lik sirtga perpendikulyar tushganda mos keladi.

• Eslatma. «Normal taqsimotga ega Fermi — Dirak taqsimoti» iborasi «odatiy taqsimot (Fermi — Dirak taqsimoti)» iborasi bilan almashtirilgan, chunki matematikada normal taqsimot degan atama mavjud va bu yerda uni noto‘g‘ri tushunish mumkin.

Fotoeffektning muhim miqdoriy tavsifi kvant chiqishi Y bo‘lib, u jism sirtiga tushgan bitta fotonga to‘g‘ri keladigan emissiyalangan elektronlar sonini bildiradi. Y qiymati moddaning xossalari, sirtining holati va fotonlar energiyasiga bog‘liq.

Metallarda ko‘rinadigan va yaqin ultrabinafsha diapazonda fotoeffektning kvant chiqishi Y < 0,001 elektron/foton bo‘ladi. Bu, avvalo, fotoelektronlarning chiqish chuqurligi juda kichikligi va u metall ichida yorug‘likning yutilish chuqurligidan ancha kamligi bilan bog‘liq. Fotoelektronlarning aksariyati sirtga yetib borguncha o‘z energiyasini sochilish jarayonida yo‘qotib, vakuumga chiqish imkoniyatidan mahrum bo‘ladi. Foton energiyasi fotoeffekt chegarasiga yaqin bo‘lganda fotoelektronlarning aksariyati vakuum sathidan pastda qo‘zg‘aladi va fotoemissiya tokiga hissa qo‘shmaydi. Bundan tashqari, ko‘rinadigan va yaqin ultrabinafsha diapazonda qaytarish koeffitsiyenti katta bo‘lib, nurlanishning faqat oz qismi metallda yutiladi. Bu cheklovlar uzoq ultrabinafsha spektrida qisman kamayadi: Y 0,01 elektron/foton qiymatiga yetadi, bunda foton energiyasi E > 10 eV bo‘ladi.

Vektor fotoeffekt deb fototokning tushayotgan yorug‘lik qutblanishi yo‘nalishiga bog‘liqligiga aytiladi. Bu yorug‘likning to‘lqin xossalari namoyon bo‘lishining natijasidir. Elektr maydon kuchlanganligi vektori tushish tekisligida yotganda fototok ayniqsa kuchli ortadi (sezgirlik miqdori ancha katta bo‘ladi va spektral tavsifda tanlab ajralib turuvchi maksimum kuzatiladi); vektor tushish tekisligiga perpendikulyar bo‘lganda esa fototok chastota ortishi bilan bir maromda o‘sadi. Vektor fotoeffekt metallning sirt qatlamidagi elektronlar fototoki bilan izohlanadi: bu qatlamda potensial to‘siq hosil qiladigan qo‘sh elektr qatlami maydoni ta’sir etadi.

• Ehtimol, bu yerda qo‘llangan vektor fotoeffekt atamasi boshqa nashrlarda qo‘llanadigan selektiv yoki tanlanma fotoeffekt atamasining aynan o‘zidir .

1839-yilda Aleksandr Bekkerel elektrolitda fotovoltaik effektni kuzatgan.

1873-yilda Uilloubi Smit tajriba orqali selenning fotoo‘tkazuvchanligini aniqlagan.

Ventilli fotoeffekt yoki to‘suvchi qatlamdagi fotoeffekt — fotoelektronlar bir jismdan chiqib, ajralish sirtidan o‘tgan holda boshqa qattiq jismga (yarimo‘tkazgich) yoki suyuqlikka o‘tishi hodisasidir (masalan, elektrolit).