БНБ "БСЭ" (95279) - Photogallery - Естественные науки - Математика - Технология
|
ЭкситонОпределение "Экситон" в Большой Советской Энциклопедии
В полупроводниках Экситон представляет собой водородоподобное связанное состояние электрона проводимости и дырки (экситон Ванье—Мотта). Энергии связи E* и эффективные радиусы a* Экситон Ванье—Мотта можно оценить по формулам Н. Бора для атома водорода, учитывая, что эффективные массы электронов проводимости mэ и дырок mд отличаются от массы свободного электрона mo и что кулоновское взаимодействие электрона и дырки в кристалле ослаблено диэлектрической проницаемостью среды e: Здесь , ¾ Планка постоянная, е — заряд электрона. Формулы (1) не учитывают влияния сложной зонной структуры кристалла, взаимодействия электронов и дырок с фононами. Однако учёт этих факторов не меняет порядок величин E* и а*. Для Ge, Si и полупроводников типов AIIIBV и AII BVI m* ~ 0,1 то, e ~ 10, что приводит к значениям E* ~ 10¾2эв, и а* ~ 10¾6 см. Т. о., энергии связи Экситон Ванье — Мотта во много раз меньше, чем энергия связи электрона с протоном в атоме водорода, а радиусы Экситон во много раз больше межатомных расстояний в кристалле. Большие значения а* означают, что Экситон в полупроводниковых кристаллах — макроскопическое образование, причём структура кристалла определяет лишь параметры m* и E*. Поэтому Экситон Ванье — Мотта можно рассматривать как квазиатом, движущийся в вакууме. Искажения структуры кристалла, вносимые Экситон или даже большим числом Экситон, пренебрежимо мало. В кристаллах галогенидов щелочных металлов и инертных газов E* ~ 0,1—1 эв, а* ~ 10¾7— 10¾8 см и образование Экситон сопровождается деформацией элементарной ячейки. Экситон Ванье—Мотта отчётливо проявляются в спектрах поглощения полупроводников в виде узких линий, сдвинутых на величину E* ниже края оптического поглощения. Водородоподобный спектр Экситон Ванье — Мотта впервые наблюдался в спектре поглощения Cu2O, в дальнейшем в др. полупроводниках. Экситон проявляются также в спектрах люминесценции, в фотопроводимости, в Штарка эффекте и Зеемана эффекте. Время жизни Экситон невелико: электрон и дырка, составляющие Экситон, могут рекомбинировать с излучением фотона, например в Ge время жизни Экситон порядка 10¾5 сек. Экситон может распадаться при столкновении с дефектами решётки. При взаимодействии Экситон с фотонами, имеющими частоты w = , возникают новые квазичастицы — смешанные экситон-фотонные состояния, называемые поляритонами. Свойства поляритонов (например, их закон дисперсии) существенно отличаются от свойств как Экситон, так и фотонов. Поляритоны играют существ. роль в процессах переноса энергии электронного возбуждения в кристалле, они обусловливают особенности оптических спектров полупроводников в области экситонных полос и др. При малых концентрациях Экситон ведут себя в кристалле подобно газу квазичастиц. При больших концентрациях становится существенным их взаимодействие. Возможно образование связанного состояния двух Экситон — экситонной молекулы (биэкситона). Однако, в отличие от молекулы водорода, энергия диссоциации биэкситона значительно меньше, чем его энергия связи (эффективные массы электронов и дырок в полупроводниках одного порядка). При повышении концентрации Экситон расстояние между ними может стать порядка их радиуса, что приводит к разрушению Экситон Это может сопровождаться возникновением «капель» электронно-дырочной плазмы (см. Электронно-дырочная жидкость). Образование электронно-дырочных капель в таких полупроводниках, как Ge и Si, сказывается в появлении новой широкой линии люминесценции, сдвинутой в сторону уменьшения энергии фотона. Электронно-дырочные капли обладают рядом интересных свойств: высокой плотностью электронов и дырок при малой (средней по объёму) концентрации, большой подвижностью в неоднородных полях и т.п. При малых концентрациях экситонов Экситон, состоящий из двух фермионов (электрона проводимости и дырки), можно рассматривать как бозон. Это означает, что возможна бозе-конденсация Экситон (накопление большого числа Экситон на наинизшем энергетическом уровне). Бозе-конденсация Экситон может привести к существованию в кристалле незатухающих потоков энергии. Однако, в отличие от сверхтекучего жидкого гелия или сверхпроводника, сверхтекучий поток Экситон может существовать не сколь угодно долго, а лишь в течение времени жизни Экситон
Лит.: Гросс Е. Ф., Экситон и его движение в кристаллической решетке, «Успехи физических наук», 1962, т. 76, в. 3; Нокс Р., Теория экситонов, пер. с англ., М., 1966; Агранович В. М., Теория экситонов, М., 1968; Давыдов А. С., Теория молекулярных экситонов, М., 1968; Экситоны в полупроводниках, [Сб. статей], М., 1971; Осипьян Ю. А., Физика твердого тела выходит на передовые позиции, «Природа», 1975, № 10.
Ge: 1 — образец германия; 2 — электронно-дырочная капля." href="/a_pictures/10/15/294936325.jpg">Ge: 1 — образец германия; 2 — электронно-дырочная капля."http://germanium.atomistry.com/">Ge: 1 — образец германия; 2 — электронно-дырочная капля." src="a_pictures/10/15/th_294936325.jpg">
Статья про "Экситон" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 1084 раз |
TOP 20
|
|||||||||