ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экснтонное поглощение из "Теория твёрдого тела " Следующий важный двухступенчатый процесс —поглощение двух фотонов. [c.274] На первой ступени электрон, поглощая фотон частоты о) и поляризации 61, переходит в промежуточное, виртуальное состояние на второй ступени он, поглощая второй фотон частоты а и поляризации е , переходит в конечное состояние. Вероятность таких процессов очень мала, так что необходимы источники света высокой интенсивности (лазеры). Их значение заключается не в том, что, наряду с прямыми и непрямыми переходами, они дают еще один механизм поглощения, а, скорее, в том, что для двухфотонных процессов существуют, по сравнению с однофотоннымн, другие правила отбора. Переходы, которые ие наблюдаются в нормальном спектре, могут быть измерены при двухфотонном поглощении. [c.274] Поглощая один ijjoTOH, электрон переходит в промежуточное состояние, из которого он, поглощая второй фотон, переходит в конечное состояние. Возможны два процесса (70.3), различающиеся порядком поглощения с ютонов. Закон сохранения энергии выполняется только для всего процесса в целом, закон сохранения волнового вектора выполняется для каждой ступени в отдельности. [c.275] Оценка показывает, что этот вклад мал по сравнению с тем, который определяется выражением (70.3), и, следовательно, мало добавляет к двухфотонному поглощению. В литературе поэтому рассматривается только процесс, определяемый выражением (70.3). [c.275] Для прямых переходов с участием одного фотона и двух с ю-тонов правила отбора различны. Качественно это может быть легко понято при сравнении с переходами в свободном атоме. Для соответствующих переходов правила отбора требуют, чтобы квантовое число I менялось на 1. Двухс отонные переходы состоят из двух однофотонных правила отбора тогда имеют вид Д/ = 0 или А/= 2. Таким образом, при одинаковом начальном состоянии оба процесса приводят к разным конечным состояниям. Соответствующие правила отбора между термами в зонной модели обсуждаются в Приложении Б.9. [c.275] В этом параграфе мы ограничились рассмотрением случая, когда оба фотона, участвующие в двухступенчатом процессе, поглощаются. Наряду с этим интересны процессы, в которых одни фотон поглощается, а другой испускается. Это —процессы неупругого рассеяния света веществом [роман-эффект, или комбинационное рассеяние света). Так как раман-эффект обычно связан с фотон-фононным взаимодействием, он будет рассмотрен только в 79. [c.276] В трех последних параграфах мы рассматривали процессы, кото-)ые сопровождались образованием электронно-дырочной пары. Лри этом мы предполагали, что между электроном и дыркой отсутствует какое-либо взаимодействие. Это оправдано, когда передаваемая энергия существенно больше пороговой энергии Е , так как в этом случае электрон и дырка обладают большой кинетической энергией. В то же время вблизи края поглощения Еа взаимодействие электрона и дырки может играть существенную роль. [c.276] К этому следует добавить, что мы не учитывали, что как при прямых, так и непрямых переходах электрон и дырка в момент их образования находятся в одной точке пространства. [c.276] Взаимодействие и пространственная корреляция в электроннодырочной паре ведут к образованию экситона (гл. УП). Таким образом, в этом параграфе мы будем рассматривать экситонные эффекты в спектре поглощения твердого тела. При этом мы не будем учитывать возможность образования поляритонов, рассмотренных в 65. Другими словами, мы будем считать, что экситоны из-за своей связи с колебаниями решетки или примесями распадаются так быстро, что именно образование экситонов связано с истинным механизмом поглощения. [c.276] Для экситонов Ванье требовались дальнейшие преобразования, которые приводили к уравнению Шредингера (45.8) для относительного движения электрона и дырки. [c.277] Таким образом, краю поглощения предшествует линейчатый спектр, который в одном случае дает все s-переходы, в другом — /7-переходы (начиная с л = 2). [c.279] Такое рассмотрение существенно в общем случае для определения правил отбора. [c.279] Если подставим (71.12) в (71.10), то найдем сильный рост Ej при EthEq. При растущем Е поправочные множители (71.12) стремятся к 1 это представляется естественным, так как влияние взаимодействия электрона и дырки должно уменьшаться при повышении их кинетической энергии. Следует, однако, отметить, что использованное нами приближение эффективных масс справедливо только вблизи Eq. Только в этом приближении электроны в зоне проводимости твердого тела сходны со свободными электронами. Экситонные эффекты наблюдаются в Ёа-спектрс и для энергий Е Ед, хотя наиболее сильно они проявляются в критических точках ба-спектра. [c.279] Этот спектр существенно отличается от соответствующего спектра для прямых переходов. Вместо дискретных экситонных линий в спектре возникают ступени, каждая из которых связана с пороговой энергией перехода в дискретное экситонное состояние при поглощении или испускании фонона. [c.280] Спектр меняется и выше Ед. Главнейшая особенность заключается в том, что квадратичная зависимость от энергии в (69.12) переходит в степенную зависимость с показателем степени, равным 3/2. Кроме того, меняются коэффициенты С в (69.12) за счет добавления множителей, подобных (71.10). [c.280] В следующем параграфе мы рассмотрим некоторые экспериментально полученные экситонные спектры. [c.281] Вернуться к основной статье