Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla :
- Radyo dalgaları
- Mikrodalgalar
- Terahertz radyasyonu
- Kızılötesi ışınım
- Görünür ışık
- Morötesi ışınım
- X-ışınları ve
- Gama ışınlarıdır.
Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.
Elektron dizilimi, atom fiziği ve kuantum kimyasında, bir atom ya da molekülün elektronlarının atomik ya da moleküler orbitallerdeki dağılımıdır. Örneğin Neon atomunun elektron dizilimi 1s2 2s2 2p6 olarak gösterilir.
Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.
İyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetlere dayanan bir kimyasal bağ türüdür.
Kimyasal bağ, atomların veya iyonların molekülleri, kristalleri ve diğer yapıları oluşturmak üzere birleşmesidir. Bağ, iyonik bağlar'da olduğu gibi zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetten veya kovalent bağ'larda olduğu gibi elektronların paylaşılmasından veya bu etkilerin bazı kombinasyonlarından kaynaklanabilir. Açıklanan kimyasal bağların farklı mukavemetleri vardır: kovalent, iyonik ve metalik bağlar gibi "güçlü bağlar" veya "birincil bağlar" ve dipol-dipol etkileşimleri, London dağılım kuvveti ve hidrojen bağı gibi "zayıf bağlar" veya "ikincil bağlar" vardır.
Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.
Spektroskopi elektromanyetik radyasyon ile maddenin etkileşiminin radyasyonun dalga boyu veya frekansının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkan elektromanyetik spektrumu (tayf) ölçen ve yorumlayan bir çalışma alanıdır. Başka bir deyişle, elektromanyetik spektrumun tüm bantlarında görünür ışıktan kaynaklı olarak meydana gelen bir kesin renk çalışmasıdır.
X ışınları veya Röntgen ışınları, 0,125 ile 125 keV enerji aralığında veya buna karşılık, dalgaboyu 10 ile 0,01 nm aralığında olan elektromanyetik dalgalar veya foton demetidir. 30 ile 30.000 PHz (1015 hertz) aralığındaki titreşim sayısı aralığına eşdeğerdir. X ışınları özellikle tıpta tanısal amaçlarla kullanılmaktadırlar. İyonlaştırıcı radyasyon sınıfına dahil olduklarından zararlı olabilirler. X ışınları 1895'te Wilhelm Conrad Röntgen tarafından Crookes tüpü (Hittorf veya Lenard tüpleri ile de) ile yaptığı deneyler sonucunda keşfedilmiştir. Klasik fizik sınırları içinde, X-ışınları aynı görünür ışık gibi bir elektromanyetik dalga olup, görünür ışıktan farkı düşük dalga boyu, dolayısıyla yüksek frekansları ve enerjileridir. Morötesi'nin ötesidir. X Işınlarının ötesi ise Gama ışınları'dır.
Henry Moseley, İngiliz fizikçidir. Atom numarasını ve Moseley Kanunları'nı keşfederek günümüzde kullanılan modern periyodik tablonun oluşumuna katkı sağlamıştır.
Spektrumun kızılötesi bölgesi, ışının 12800 ile 10 cm-1 dalga sayılı kısmını kapsar. Hem cihaz hem de uygulama açısından infrared spektrumu; yakın, orta ve uzak infrared ışınları olmak üzere üç bölgeye ayrılır. Titreşimsel spektroskopi spektrumun infrared bölgesinde oluşan moleküler titreşime bağlı olarak ışığın absorplanması ya da saçılmasını inceler. Bu incelemelerin en önemli uygulama alanları endüstriyel, zirai maddeler ve proses kontrolündeki kantitatif ve kalitatif analizlerdir. Işığın frekansı ; elektronların, rezonans frekansı civarında salınımlarına sebep olacak bir frekans değerinde olduğu vakit, genlik öylesine büyüktür ki, ortamın atomları birbirleriyle çarpışırlar ve ışık enerjisinin çoğu iç enerji halini alır ve böylece ortam tarafından emilir. Farklı maddelerin elektronları farklı rezonans frekanslarındadır. Bu ise saydam bir cisimden ya da ortamdan geçen görünür ışığı neden görebildiğinizi ve güneş yanıklarına sebep olan ultraviyole frekansların saydam bir cisimden neden geçemediklerini açıklar. bunun sonucunda, kapalı bir havada camdan bakarken güneş yanığınız olmadığı halde, açık havaya çıktığınızda güneş yanığı riskiyle karşı karşıya kalabilirsiniz.
Elektron kabuğu, elektronların, atom çekirdeği çevresinde takip ettiği bir yörünge olarak düşünülebilir. Her bir kabuk belli bir sayıda elektron barındırabilir, her kabuk belli bir enerji aralığına sahiptir ve daha dış bir kabuğa elektron eklenebilmesi için her kabuk tamamen dolu olması gerekir. En dış kabuktaki elektronlar atomun karakteristiğini belirler.
X ışını kristalografisi bir kristalin atomik ve moleküler yapısını incelemek için kullanılan ve kristalleşmiş atomların bir X-ışını demetindeki ışınların kristale özel çeşitli yönlerde kırınımı olayına dayanan, bir yöntemdir. Kırınıma uğrayan bu demetlerin açılarını ve genliklerini ölçerek bir kristalografi uzmanı kristaldeki elektronların yoğunluğunun üç boyutlu bir görüntüsünü elde edebilir. Bu elektron yoğunluğundan kristaldeki atomların kimyasal bağları, kristal yapıdaki düzensizlikler ve bazı başka bilgilerle birlikte ortalama konumları tespit edilebilir.
İyon yerleştirmesi bir materyal mühendisliği süreci olup, bir materyalin iyonlarının bir elektrik alan içerisinde ivmelendirilip bir katı içerisine gömülmesi işlemidir. Bu süreç bir katının fiziksel, kimyasal veya elektriksel özelliklerini değiştirmek için kullanılır. İyon yerleştirmesi materyal bilim araştırmalarının, yarı iletken cihaz fabrikasyonu ve metal bitirme gibi değişik uygulamalarında kullanılır. İyonlar, hedefin elementel kompozisyonundan sonra, eğer iyonlar hedeften olan kompozisyondan farklıysa, hedefin içerisinde durur ve orada kalırlar. Ayrıca enerjilerini ve momentumlarını hedef objenin elektronlarına ve atomik çekirdeğine aktararak birçok fiziksel ve kimyasal değişikliğe de sebep olabilirler. Bu, art arda olan enerjitik çarpışmalarda hedefin kristal yapı içerisindeki yapısı hasar görebilir veya yok olabilir, bu da yapısal değişikliğe sebep olur. İyonların hedef atomlara yakın kütleleri olduğu için hedef atomlara, elektron ışınlarının yaptığından daha fazla miktarda bir dışa vuruş yaparlar. Eğer iyon enerjisi coulomb bariyerini aşmaya yeterli miktarda yüksekse, o zaman burada küçük miktarda bir nükleer değiştirilme bile olabilir.
Mossbauer etkisi uyarılmış bir atom çekirdeğinden gama ışınlarının yayınımı (emition) ve soğrulması (absorption) ile ilgilidir.
Kimyasal elementlerin ya da kimyasal bileşiklerin emisyon spektrumu atom ya da moleküllerin yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişinden elde edilen elektromanyetik radyasyonun frekans spektrumudur. Yayılmış fotonun enerjisi iki enerji düzeyi arasındaki farka eşittir. Her atom için birçok mümkün geçişler vardır ve enerji düzeyleri arasındaki her geçiş spesifik enerji farkına sahiptir. Bu farklı geçişlerin toplamı, farklı ışınlar halinde gönderilmiş dalga boylarına ve emisyon spektrumunun düzenlenmesine neden olur. Her elementin emisyon spektrumu özeldir. Dahası, spektroskopi elementlerin madde içindeki bilinmeyen kompozisyonunu tespit etmek için kullanılabilir. Buna benzer olarak, moleküllerin emisyon spektrumları maddelerin kimyasal analizlerinde kullanılabilir.
Brillouin saçılması Leon Brillouin'den sonra isimlendirilmiştir. Işığın saydam bir cisimden geçmesiyle birlikte ve maddeyle etkileşime girmesiyle birlikte periyodik uzaysal ve zamansal farklılıkları maddenin yansıtıcı indeksinde oluşturmaktadır. Optikte de belirtildiği gibi, yansımanın indeksi saydam malzemede deformasyonla oluşmaktadır.
Fiziğin optik alanında, geçirgenlik ışığın bir materyal üzerinden dağılmadan geçebilmesine olanak sağlayan fiziksel bir özelliktir. Makroskopik (büyük) ölçeklerde, fotonların Snell kanununa göre hareket ettikleri söylenebilir. Yarı saydamlık, geçirgenliğin içinde bulunan bir üst kümedir ve ışığın geçmesine izin verir ancak Snell kanununu takip etmek zorunda değildir. Fotonlar, kırınım işaretleri içinde herhangi bir değişim meydana geldiğinde her iki arayüzde de dağınım gösterebilirler. Diğer bir deyişle, yarı saydam bir ortam ışığın ulaşım yapmasına olanak sağlarken saydam olan bir ortam sadece ışığın geçişini onaylamakla kalmaz aynı zamanda görüntü oluşumuna da izin verir. Yarı saydamlığın karşıtı olan kavram opaklıktır. Saydam yani geçirgen olan maddeler oldukça net görülen, tamamının tek bir renge sahip olduğu ya da her rengi içeren bir spekturumu meydana getiren herhangi bir kombinasyona sahip olabilir.
Elektron spektroskopisi ya da elektron spektroskopi, atom ve moleküllerdeki elektronik yapıları ve bunların dinamiklerini inceleyen analitik bir tekniktir. Genel olarak, X ışınları, elektronlar ya da sinkrotron radyasyonu gibi bir çıkış kaynağı, bir atomun çekirdeğinin iç kabuğundan elektron fırlatmaktadırlar. X ışınları ile fırlatılan fotoelektronlar X ışını fotoelektron spektroskopisi ya da kimyasal analiz elektron spektroskopisi olarak adlandırılır. Elektron geçişleri sırasında enerjiyi koruma amacıyla daha yüksek orbitallerden fırlatılan elektronlar ise Auger elektron spektroskopisi olarak adlandırılmaktadır.
Faz yüzey bilimi, katı - sıvı arayüzleri, katı - gaz arayüzleri, katı - vakum arayüzleri ve sıvı - gaz arayüzleri dahil olmak üzere iki fazın arayüzünde meydana gelen fiziksel ve kimyasal olayların incelenmesidir. Yüzey kimyası ve yüzey fiziği alanlarını içerir. İlgili bazı pratik uygulamalar yüzey mühendisliği olarak sınıflandırılmaktadır. Bilim heterojen kataliz, yarı iletken cihaz üretimi, yakıt hücreleri, kendi kendine monte edilen tek tabakalar ve yapıştırıcılar gibi kavramları kapsar. Faz yüzey bilimi arayüz ve kolloid bilimi ile yakından ilgilidir. Arayüzey kimyası ve fizik her ikisi için de ortak konulardır. Yöntemler farklı. Buna ek olarak, arayüz ve kolloid bilimleri, arayüzlerin özelliklerinden dolayı heterojen sistemlerde ortaya çıkan makroskopik olayları inceler.
