光電効果は、金属に光を当てたときに電子が放出される現象で、当時の波動理論だけでは説明が難しいものでした。アインシュタインは光を粒子（フォトン）とみなし、1個のフォトンが1個の電子にエネルギーを与えると仮定しました。放出された電子の運動エネルギーは光の周波数に比例し、金属ごとに決まった仕事関数を超えなければ電子は飛び出さないと予測しました。この関係式は後にミリカンの実験で確認され、プランク定数の測定にも利用されました。光電効果の理解は量子力学の成立に大きく貢献し、太陽電池や光センサー、光通信など多くの技術の基盤となっています。

1905年の論文でアインシュタインは、光のエネルギーをE=hνとし、電子の最大運動エネルギーをE_k=hν−φとする光電方程式を提案しました。ここでhはプランク定数、νは光の周波数、φは金属の仕事関数です。この式は、光の強度ではなく周波数が脱出電子のエネルギーを決めることを示しています。古典電磁気学では強度を高めれば電子は飛び出すはずでしたが、実験では波長が長い赤色光ではいくら強くしても電子は放出されません。アインシュタインは光量子仮説によってこの矛盾を解消し、エネルギーが離散的に伝達されることを示唆しました。この結果はボーアの原子模型やド・ブロイの物質波概念と共に量子力学の基礎を形成しました。今日では光電効果は光電子分光による材料研究、宇宙望遠鏡のCCD検出器、再生可能エネルギー分野の太陽電池など多岐に応用されています。

Einstein’s 1905 Annalen der Physik paper extended Planck’s energy quanta concept to the propagating electromagnetic field, positing localized quanta with energy hν and momentum hν/c. He derived the linear relation between stopping potential and incident frequency, V_s=(h/e)ν−φ/e, predicting an instantaneous, intensity-independent emission with a threshold frequency ν_0=φ/h. Subsequent precision measurements by Millikan (1914) validated the slope h/e within 0.5 % and confirmed the absence of time lag down to 10⁻⁹ s, decisively favoring the quantum hypothesis over Lorentz’s electron resonance model. Einstein’s formulation provided one of the earliest empirical determinations of h outside black-body radiation and initiated the corpuscular revival later formalized in quantum electrodynamics. Modern time-resolved photoemission studies exploit attosecond pulses to probe electron dynamics, still relying on the Einstein equation for energy calibration. Additionally, nonlinear extensions such as multi-photon and above-threshold photoemission have generalized the original effect, but the single-photon Einstein relation remains a benchmark for surface science and ultrafast spectroscopy. The photoelectric framework also laid conceptual groundwork for photon statistics, leading eventually to the Glauber formalism and coherent-state description in quantum optics.