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Ein Festkörper wird mit ultravioletten Photonen bekannter Energie und Polarisation bestrahlt. Von den dabei austretenden Photoelektronen wird die Austrittsrichtung und die kinetische Energie gemessen.
Aus der Richtung, genauer dem Winkel zur Oberfläche, kann auf den Impulsbetrag des Zustandes geschlossen werden, in dem sich das Elektron befand. Die Richtung wird aus der Austrittsrichtung ermittelt. Aus der Photonenenergie und der kinetischen Energie des Photoelektrons kann die Bindungsenergie des Ausgangszustandes ermittelt werden. Die Energie-Impuls-Beziehung, die aus den Messergebnissen für die Oberflächenzustände der Elektronen zusammengesetzt wird, nennt man Bandstruktur der Oberfläche.