Чт. Мар 28th, 2024

Экситон (от лат. excito — возбуждаю) – это квазичастица, представляющая собой электрическое возбуждение в диэлектрике либо полупроводнике, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электронного заряда и массы.

Согласно теории строения твердого тела, если валентные электроны атома получат излишек энергии (к примеру, при облучении вещества светом), они могут «перепрыгнуть» через нелегальную зону и оказаться в зоне проводимости, став свободными, но оставив за собой в валентной зоне свободное место — дырку — с положительным простым зарядом. Зависимо от величины нелегальной зоны твердые тела делят на полупроводники и диэлектрики. Нередко появляется ситуация, когда электрон впитал квант света, но его энергии оказалось недостаточно, чтоб перейти в зону проводимости.

Если в веществе есть маленькое количество атомов примеси, они обеспечивают дополнительные уровни энергии в нелегальной зоне, за которые электрон может зацепиться и остаться в нелегальной зоне, взаимодействуя с дыркой средством электростатических сил. Такое связанное состояние «электрон-дырка» именуется экситоном. У электрона есть возможность испустить квант света и возвратиться на свое начальное положение в валентной зоне (экситонный переход). При всем этом примыкающий атом может поглотить выделяющийся квант энергии, в итоге чего возникнет новенькая экситонная пара, которая потом тоже пропадет, а электрическое возбуждение будет передаваться далее от атома к атому, мигрируя по кристаллу. Аналогично электрон может дополнительно поглотить энергию и все-же, стать свободным, допрыгнув до зоны проводимости и обеспечив вклад в плотность свободных носителей заряда данного материала.

Таким макаром, экситон в жестком теле можно считать простой квазичастицей в тех случаях, когда он выступает как целое образование, не подвергаясь воздействиям, способным его повредить. Энергия связи дырки и электрона определяет радиус экситона, который является характеристической величиной для каждого вещества. К примеру, для сульфида и селенида свинца данная величина составляет 2 и 4,6 нм соответственно, в то время как, для сопоставления, у сульфида кадмия — не превосходит 0,6 нм.

С образованием и ликвидированием экситонов связывают особенности оптических спектров наноструктур, в каких резкие линейчатые составляющие, несвойственные для макроскопических тел, наблюдаются прямо до комнатных температур. Установлено, что величина энергии связи экситона находится в зависимости от размера микрочастицы, если размер частички сравним либо меньше радиуса экситона. Потому, получая монодисперсные коллоидные смеси микрочастиц разных размеров, можно управлять энергиями экситонных переходов в широком спектре оптического диапазона.

Экситон может распадаться при столкновении с недостатками решётки. При содействии экситона с фотонами появляются новые квазичастицы — смешанные экситон-фотонные состояния, именуемые поляритонами. Характеристики поляритонов (к примеру, их закон дисперсии) значительно отличаются от параметров как экситонов, так и фотонов. Поляритоны играют существенную роль в процессах переноса энергии электрического возбуждения в кристалле, они обусловливают особенности оптических спектров полупроводников в области экситонных полос и др.

При малых концентрациях экситоны ведут себя в кристалле подобно газу квазичастиц. При огромных концентрациях становится значимым их взаимодействие. Может быть образование связанного состояния 2-ух экситонов — экситонной молекулы (биэкситона). Но, в отличие от молекулы водорода, энергия диссоциации биэкситона существенно меньше, чем его энергия связи.

При повышении концентрации экситонов расстояние меж ними может стать порядка их радиуса, что приводит к разрушению экситонов. Это может сопровождаться появлением «капель» электронно-дырочной плазмы. Образование электронно-дырочных капель в таких полупроводниках, как Ge и Si, сказывается в возникновении новейшей широкой полосы люминесценции, сдвинутой в сторону уменьшения энергии фотона. Электронно-дырочные капли владеют рядом увлекательных параметров: высочайшей плотностью электронов и дырок при малой концентрации большой подвижностью в неоднородных полях и т.п.

При малых концентрациях экситонов, состоящий из 2-ух фермионов (электрона проводимости и дырки), можно рассматривать как бозон. Это значит, что вероятна бозе-конденсация экситонов (скопление огромного числа экситонов на наинизшем энергетическом уровне). Бозе-конденсация экситонов может привести к существованию в кристалле незатухающих потоков энергии. Но, в отличие от сверхтекучего водянистого гелия либо сверхпроводника, сверхтекучий поток экситонов может существовать не сколь угодно длительно, а только в течение времени жизни экситонов.

Плазмон — квазичастица, отвечающая квантованию плазменных колебаний, которые представляют собой коллективные колебания свободного электрического газа. Волшебный сияние металлов обоснован отражением света от поверхностных плазмонов — квазичастиц, возникающих за счёт квантования коллективных колебаний свободных электронов в металле. Микрочастицы золота (резонаторы) имеют частоту плазмонного резонанса, сравнимую с пиком оптической плотности многих металлопротеинов. Происходит взаимодействие колебаний плазмонов и колебательных процессов в белках, что обуславливает насыщенное поглощение квантов света определенной частоты, определяемой резонансными размерами металлических частиц, контактирующих с макромолекулами белков.

Плазмоны играет огромную роль в оптических свойствах металлов. Свет с частотой ниже плазменной частоты отражается, так как электроны в металле экранируют электронное поле в световой электрической волне. Свет с частотой выше плазменной частоты проходит, так как электроны не могут довольно стремительно ответить, чтоб экранировать его. В большинстве металлов плазменная частота находится в ультрафиолетовой области диапазона, делая их блестящими в видимом спектре (свет отражается). В легированных полупроводниках плазменная частота находится обычно в ультрафиолетовой области.

Энергию плазмона можно оценить в модели практически свободных электронов как:

, (1.16)

где n — плотность валентных электронов, e — простой заряд, m — масса электрона и — диэлектрическая проницаемость вакуума. Длина волны плазмона, которую можно оценить, используя следующие соотношения:

, , . (1.17)

Из приведенных соотношений следует, что длина волны может составлять несколько нанометров. Потому плазмоны рассматриваются как средство передачи инфы в компьютерных чипах, потому что провода для плазмонов могут быть намного тоньше, чем обыденные провода, и могут поддерживать намного более высочайшие частоты (в режиме 100 TГц, в то время как обыденные провода владеют большими потерями уже при 10 ГГц).

Поверхностные плазмоны очень ведут взаимодействие со светом, приводя к образованию поляритонов. Они играют роль в поверхностном усилении рамановского рассеяния света (плазмонный резонанс) и в разъяснении аномалий в дифракции металлов. В частичках металла, выполняющих роль резонаторов, происходит скопление плазмонов. Это позволяет создавать на их базе чувствительные элементы для получения первичной измерительной инфы. Поверхностный плазмонный резонанс употребляется в биохимии, чтоб определять присутствие молекул на поверхности.

Поляритоны были также предложены как средство для литографии и микроскопии высочайшего разрешения из-за их очень малеханьких длин волны. Оба из этих применений с фурором были продемонстрированы в лабораториях.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO