Экситонное поглощение

Экситонное поглощение. До сих пор мы рассматривали поглощение света, приводящее к образованию свободных электронов и дырок. Однако возможен и другой механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбужденное состояние, но остается связанным с образовавшейся дыркой в водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, называемого экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное, как минимальная энергия, требуемая для создания разделенной пары. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Экситоны могут достаточно легко возникать в диэлектриках, так как D них кулоновское притяжение электрона и дырки значительно. В полупроводниках это притяжение мало и поэтому энергия связи экситона также мала. Вследствие этого экситонные орбиты охватывают несколько элементарных ячеек кристалла (радиус орбиты -"15 нм). В металлах экситонное поглощение очень маловероятно. [c.310]

Экситонное поглощение 306, 310 Электронное сродство 57 Электроотрицательность 57 Электропроводность диэлектриков 371 [c.384]

Экситоны. Поглощение фотонов диэлектриками и полупроводниками может приводить к рождению электроннодырочных пар. При этом возможны две качественно различные ситуации. [c.151]

Колебания кристаллической решетки и различные дефекты структуры размывают линии или, как говорят, приводят к уширению линий экситонного поглощения. Этот эффект наблюдается при относительно низких температурах с ростом температуры экситоны термически диссоциируют на свободные электроны и дырки. [c.219]

Несмотря на большой объем материала, который в русском издании занимает два тома, этот материал составляет лишь небольшую долю всех имеющихся приложений теории групп. Здесь не рассматриваются оптические процессы в магнитных системах, связанные, например, со спиновыми волнами оптические процессы, обусловленные электронными возбуждениями, такими, как экситонное поглощение или рассеяние, а также применения теории групп в теории изменения симметрии при непрерывных фазовых переходах, не говоря уже о других важных областях. Я надеюсь, однако, что подробное рассмотрение всех специфических деталей теории оптических явлений, обусловленных инфракрасным поглощением и комбинационным рассеянием света колебаниями решетки, окажется не только наглядным, но и даст читателю смелость и основы для рассмотрения новых проблем, стоящих на переднем крае науки. [c.8]

Как уже отмечалось выше, взаимодействие экситонов с фононами колебаний решетки определяет форму полосы поглощения света кристаллами. Теоретическое определение формы кривой экситонного поглощения пока удавалось для простых модельных систем в предельных случаях слабой (см. 48) и сильной (см. 49) связи экситонов с фононами. Однако при не очень низких температурах, когда эффекты пространственной дисперсии не играют существенной роли (см. гл. XI), можно получить сравнительно простыми методами некоторые интегральные характеристики спектра поглощения — моменты кривой поглощения. [c.436]

Для экситонов первой полосы экситонного поглощения в антрацене для первой полосы экситонного поглощения в кристалле сернистого кадмия [c.473]

При температуре кристалла ниже критической в области экситонного поглощения одна из нормальных волн обладает значительно большим коэффициентом поглощения, чем вторая волна (слева от Qo имеется неравенство Xi>Xa, справа XiТакая волна затухает быстрее. Поэтому по мере увеличений толщины кристалла интенсивность прошедшего света [c.478]

Кроме широкополосного двухчастичного экситонного поглощения возможно одночастичное поглощение в области относящееся к образованию связанных состояний двух экситонов. Энергии таких состояний соответствуют полюсам функций Грина (64.33) на вещественной оси Подставив значения (64.35) при ]>1 в (64.33), определим условия, при которых такие связанные состояния появляются. [c.565]

Это соотношение означает, что площадь под кривой 2д(и))у. (ш) для изолированной линии определяется главным образом силой осциллятора и от величины 8 не зависит. Такой вывод более или менее справедлив для газов, но в области экситонного поглощения может существенно нарушиться. Дело в том, что в окрестности изолированного экситонного перехода функция 8(и>) при низких температурах, как правило, резко изменяется с частотой, принимая, как указывалось, сравнительно большие значения только в непосредственной окрестности частоты ш и>(. Поэтому левая часть соотношения (7.12) должна, вообще говоря, зависеть не только от А, но также и от характера зависимости 8 (со). [c.191]

Если бы ширина экситонной линии была действительно столь мала, как это предполагают авторы работы [22а], их эксперименты по отражению, вероятно, можно было бы рассматривать как подтверждение суш,ественной роли пространственной дисперсии и как метод для определения эффективной массы экситона. Однако, как это следует из экспериментальных данных, полученных в работе [100], где впервые были проведены количественные измерения интенсивности, формы и температурной зависимости экситонного поглощения в dS при 4° К, полуширина Л -экситонной линии составляет величину, равную 2,5 10 эв, т. е. в 25 раз больше, чем это принято в [22а]. Это обстоятельство заставляет отнестись с осторожностью к выводу работы [22а], касающемуся роли пространственной дисперсии, тем более, что в расчетах, отраженных на рис. 19 и 20, величина А, пропорциональная силе осциллятора перехода (см. (6.13)), выбиралась не из независимых данных (например, по ходу (a>) вне полосы поглощения), а подбиралась, как и значение эффективной массы экситона и толщины приповерхностного слоя. Далее, использованное в [22а[ значение Л = 0,0625 находится в противоречии с зависимостью (си) вне полосы поглощения, измеренной в работе [100], которой скорее соответствует значение Л = 0,0047, использованное в расчетах, отраженных на рис. 18, б. [c.297]

Показано [10], что и при значительной пространственной дисперсии (вблизи полос экситонного поглощения) при наличии экситон-фотонных взаимодействий мод (поляритонов) имеет место теорема погашения ее аналог справедлив и в средах нелинейных. [c.119]

Металлы непрозрачны для электромагнитных волн от самых низких частот вплоть до середины ультрафиолетовой области спектра для больших частот металлы становятся прозрачными. Кроме того, они в этой широкой области спектра (от низких частот до середины ультрафиолетовой области) хорошо отражают излучение. Диэлектрики и полупроводники в противоположность металлам прозрачны для электромагнитных волн от низких частот до некоторой граничной частоты, характерной для каждого материала и называемой основной частотой поглощения или краем собственного поглощения. Как правило, диэлектрики и полупроводники прозрачны в видимой области спектра. Часто у диэлектриков и полупроводников перед краем собственного поглощения наблюдаются пики примесного и экситонного поглощения. [c.8]

Экситонные состояния приводят к поглощению на длинноволновой стороне края поглощения. Экситонным линиям поглощения соответствуют значения энергии фотонов [c.310]

В рассмотренном простейшем случае спектр поглощения твердого тела в области экситонного поглощения состоит из серии дискретных линий (рис. 55). Частота со первой линии определяется равенством Нсо = ДЕ—Граница серии характеризуется предельной частотой соь которую находят из условия Ь(01 = АЕ. При частотах больще предельной часто- [c.162]

Г. л. экс и тонов в полупроводниках возникает в том случае, когда кинетич. энергия зкси-тонов превышает энергию, к-рой они обладают в состоянии теплового равновесия при данной темн-ре кристалла. Эти т. н, горячие экситоны рождаются в полупроводнике в актах непрямого экситонного поглощения при переходах в состояния выше дна экситонной зоны. [c.517]

Эффекты экситонного поглощения и Франца — КелдЫша в полупроводниках являются полевыми и практически безынерционны (10- с). Кроме того, они могут бить реализованы в простой однородной пластпнке полупроводника с нанесенными на противоположные поверхности электродами, С другой стороны, они требуют охлаждения, причем очень глубокого в случае использования эффекта поглощения в экситонной области. [c.32]

Серьезными недостатками структуры являются необходимость глубокого охлаждения полупроводника (около 90 К) и связанное с иим вакуумирование, недостаточно высокий оптический контраст, узкий спектральный диапазон чувствительности и трудность подбора рабочей пары — источника излучения и соответствующей линии экситонного поглощения. Заметим, что последний недостаток частично может быть ослаблен при использовании полупроводниковых иижекционных лазеров и близких к ним по составу полупроводниковых пластин, например на основе тройного соединения GaAiAs. Кроме того, некоторые полупроводники, например селенид галлия, имеют интенсивные линии экситонного поглощения при комнатной температуре. [c.205]

Экспериментальные исследования экситонного поглощения в щелочно-галоидных кристаллах ограничиваются тем обстоятельством, что спектры собственного поглощения этих кристаллов расположены в далекой ультрафиолетовой области, в которой обычно применяемые и легко доступные методы спектрофотомет-рии оказываются непригодными. [c.12]

В отношении механизма электронного перехода, связанного с экситонным поглощением, и модели самого экситона могут быть две альтернативы переход электрона в какое-то возбужденное состояние иона хлора или переход электрона с иона хлора на соседний ион щелочного металла. Совершенно бесспорно, что собственное поглощение щелочно-галоидных кристаллов обусловлено поглощением света ионами галоида. В связи с этим можно полагать, как и поступает Декстер [15] в своих вычислениях, что возбужденный электрон преимущественно связан с ионом галоида, возбужденное состояние которого подобно 3p 4sP состоянию. Стедует отметить, что для свободных отрицательных ионов водорода теоретически доказана возможность существования дискретных уровней энергии, расположенных ниже потенциала ионизации [23]. Напряженность поля, в котором находится избыточный электрон в отрицательном ионе водорода, падает более быстро с расстоянием по сравнению с кулоновским полем. Поэтому в таком поле может быть только ограниченное число дискретных состояний. [c.13]

Движение экситона представляет собой движение возбужденного состояния. Если для простоты рассмотрения электрону и дырке приписать скалярные э( ективные массы, то описание экситона сводится к водородоподобной задаче о движении двух частиц под действием взаимного кулоновского притяжения. В соответствии с этим энерге-1ический спектр экситона должен состоять из системы дискретных уровней подобно тому, как это имеет место в случае водородного атома, а спектр его поглощения должен быть водородоподоб ьш и находиться вблизи края собственного поглощения. Иллюстрирует этот случай спектр экситонного поглощения кристаллов закиси меди, изображенный на рис. 12.3. Теория [c.83]

Рис. 12.3. Спектр экситонного поглощения СыаО при температуре жидкого гелия

Экситоны — это связанные электрон-дырочные пары, несколько напоминающие атом водорода. Энергия фотонов, необходимая для создания экситона, составляет меньшую величину (на величину его энергии связи), чем необходимо, чтобы разорвать связанный электрон валентной зоны на свободный электрон и дырку. Их образование будет соответственно, наблюдаться как пик поглощения на длине волны немного большей, чем основной край внутризонного поглощения. При комнатной температуре в объемном GaAs пик экситонного поглощения едва различим в основном из-за низкой энергии связи экситонов ( 4 мэВ), делающей их очень чувствительным к термоионизации. Однако при удержании экситонов в тонких квантовых ямах энергия их связи существенно возрастает (л 10 мэБ для ямы шириной в 10,0 нм), и это значительно увеличивает резонансное поглощение. [c.107]

В работе Горбаня и Тимофеева [378] наблюдалась осциллирующая зависимость от толщины коэффициента поглощения в кристалле СиаО в области квадрупольного экситонного поглощения (га=1) при Я = 6125 А. Период осцилляций 2лс (й . 1 1 — Пз ) соответствовал значению 1 — а Ю . [c.484]

Электродипольное экситонное поглощение света наблюдается в кристалле СГ.2О3. Именно в этом кристалле Ван-дер-Циль [429] наблюдал давыдовское расщепление, обусловленное обменом возбуждения между трансляционно неэквивалентными парамагнитными ионами Сг +. Кристалл СГ2О3 имеет структуру корунда с четырьмя ионами Сг +, имеющими спин 3/2. Ниже 308 °К спины имеют антиферромагнитную структуру с осью коллинеарности вдоль оси третьего порядка (ось Сз) кристалла. Оптическое поглощение обусловлено переходом иона из основного состояния М2 в состояние Е со спином 1/2. Во внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси Сз, давыдовское расщепление линии 13 747 сж в интервале полей О —25-10 э определяется формулой [c.551]

Я. Я. Дзюб, Правила сумм в теории экситонного поглощения света, ФТТ 5, 1677 (1963). [c.630]

M. . Бродин, С. И. Пекар, К экспериментальному доказательству существования дополнительных световых волн в кристалле в области экситонного поглощения, ЖЭТФ 38, 74, 1910 (1960). [c.631]

И. Пекар, M. И. Страшникова, Пространственная дисперсия и добавочная световая волна в области экситонного поглощения в dS, ЖЭТФ 68, 2047 (1975). [c.631]

Поскольку резонансы в поглощении света соответствуют частотам непродольных кулоновских экситонов, положение линий экситонного поглощения, связанное с поверхностными экситонами, в рассматриваемом случае приближенно соответствует частоте и)пов(О), определяемой выражением (10.71). Отметим, что рассмотренные выше поверхностные экситоны могут возбуждаться заряженными частицами и светом. В последнем случае, однако, это возбуждение может идти лишь с участием фононов или дефектов кристалла. Дело в том, что при поглощении фотона —поверхностным экситоном должна сохраняться не только частота, но и тангенциальные составляющие волнового вектора к, и к,-Подстановка же а) = Шф в (10.62), если не учитывать дефекты и фононы, дает для /1 мнимое значение. [c.282]

Аналогичные эксперименты были проведены в [22] на кристалле СизО. Отличие этих экспериментов от проведенных в [18] состоит в том, что в закиси меди осцилляции наблюдались в области экситонного поглощения для квадрупольной линии Х = 6125А. Эту линию относят, как мы уже ранее указывали, к желтой экситонной серии СпзО, приписывая ей значение главного квантового числа п= . Измерения [22] велись при Т = 93° К. причем расстояние между абсциссами максимумов осцилляций оказалось равным примерно 0,2 мм, что на три порядка больше периода осцилляций, который имел бы место, если бы осуществлялась интерференция многократно отраженных волн (Дй = Хо/2 —мм). Если же допустить, что наблюдаемые в этом случае осцилляции вызваны проявлением новой волны, следует считать, что расстояние между максимумами М — кд12 п — г) где 1 и 2 — коэффициенты преломления обычной и новой волн. Поэтому при .й 2- 10 см и Хо 6- 10 ° см, получаем, что п- — з 10 [c.291]

Согласно трактовке авторов, в случаях 1—3 возбуждаются поперечные поверхностные экситоны. В случае 2 поверхностные уровни находятся в области сильного (объемного) экситонного поглощения (25298 см ), где поправка к % велика учет ее приводит к малым зна- н отиоштл [c.221]

Экситонная рекомбинация. Выше отмечалось, что при поглощении света в полупроводниках могут возникать связанные куло-новским притяжением пары электрон — дырка, т. е. экситоны. Если эта пара аннигилирует, то излучается фотои. Энергия излучения [c.315]

Более интересны ситуации, когда энергия возбуждения поглощается в одном месте кристалла, а высвечивание происходит в другом месте. В случае фотолюминесценции это означает, что фотон излучения накачки поглощается в одном месте кристалла, а фотон люминесцентного излучения рождается в другом месте. Передача энергии возбуждения от одного места к другому осуществляется с помощью либо электронов проводимости н дырок, либо экситонов, которые представляют собой, как уже отмечалось, связанные электронно-дырочные пары. Поэтому подобные ситуации должны быть связаны с рождением либо электронов проводимости и дырок, либо экситонов. Соответствующие переходы (обусловленные поглощением энергии возбуждения) обозначены на рис. 8.2 цифрами 3, 4, 5. Переход Л есть переход электрона из валентной зоны в зону проводимости при этом рождаются электрон проводимости и дырка. Переход 4 связан с рождением экситона. Переход 5 есть переход электрона с оиювного уровня иона-активатора в зону проводимости при этом рождается электрон проводимости. [c.189]

Молекулярные кристаллы служат примеро.м тех веществ, в которых могут образовываться френкелевские экситоны (экситоны, отвечающие модели сильной связи). В молекулярных кристаллА ковалентная связь внутри молекулы значительно сильнее ван-дер-ваальсовой связи между молекулами. Линии спектра поглощения молекулярного кристалла, обусловленные возбуждением электронов внутри структурных единиц, будут проявляться в спектре кристаллического тела как экситонные линии, иногда несколько смещенные по частоте. В случае щелочно-галоидных кристаллов экситоны с наименьшими энергиями локализованы на отрицательных ионах галогенов, так как значения энергии возбуждения электронов в отрицательных ионах меньше, чем в положительных. [c.163]

Основны.м зкспериментальным свидетельством образования экситонов при низких температурах обычно служит не-фотоактивное поглощение света кристаллом вблизи красной границы ((О)) спектра собственного поглощения, т. е. экси-тонный механизм поглощения не приводит к образованию свободных носителей тока. Экситонный спектр обнаружен в кристаллах Сс15, HgI2, СигО, Ое и 81. Впервые наличие тонкой структуры в спектре поглощения закиси меди было выявлено Е. Ф. Гроссо.м с сотрудниками. Им удалось показать. [c.163]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...