Возбуждения в твердом электронные

В предыдущих главах рассматривались элементарные возбуждения в твердых телах, связанные с коллективными движениями нейтральных атомов, молекул или тяжелых ионов. Квантами этих элементарных возбуждений являются фононы. Рассмотрим теперь элементарные возбуждения, связанные с коллективным движением электронов относительно тяжелых ионов в твердых телах. Эти элементарные возбуждения обусловлены кулоновским взаимодействием между электронами п положительными ионами. Им соответствуют продольные волны, которые получили название плазменных волн. Кванты плазменных волн называют плазмонами. [c.90]

Инертные газы послужили Френкелю [305, 306] первой моделью для построения теории бестоковых коллективных возбуждений в твердых телах (теория экситонов). Однако оказалось, что первоначальные идеи Френкеля применимы к кристаллам инертных газов с очень большими оговорками. В молекулярных кристаллах ароматических соединений первые электронные возбуждения (3 — 4 эв) соответствуют квантовым переходам сравнительно хорошо изолированных я-электронов молекул. В атомах же инертных газов первые электронные возбуждения (8,44 эв — в ксеноне, 10,03 56 —в криптоне, 11,61 5в —в аргоне и 1,1 эв в неоне) соответствуют квантовым переходам самых внешних электронов. При этих возбуждениях электроны переходят, соответственно, в бр-, 5р-, 4р- н Зр-атомные состояния со средним радиусом, значительно превышающим радиус основного состояния атома. В связи с этим межатомное перекрывание возбужденных состояний в кристалле весьма велико. Приближение Гайтлер — [c.347]

Во многих случаях можно рассматривать взаимодействие фотонов с атомами и молекулами вещества, как если бы последние были свободны или по крайней мере изолированы. Однако в тех случаях, когда квантово-оптические явления происходят в твердых телах, необходимо принимать во внимание электронные и другие коллективные движения в кристалле. Этим коллективным движениям сопоставляют своеобразные кванты , называемые квазичастицами или элементарными возбуждениями. Кристалл уподобляют газу таких квазичастиц. Квантово-оптические явления в твердых телах рассматривают, исходя из взаимодействия фотонов с указанными квазичастицами. [c.129]

Для определения теплоемкости двухатомных газов будем представлять себе молекулу в виде двух связанных между собой твердых атомов. Электронными возбуждениями в атомах при нагревании будем пренебрегать, так как при энергии возбуждения атома El—Ео 10 - Дж характеристическая температура энергии этих возбуждений [c.248]

Возбуждение или ионизация партнеров по столкновению не влияют на динамику рассеяния и должны учитываться лишь как первопричина потерь энергии движущейся частицы. Это допущение можно считать справедливым, если энергия, переданная электронам, мала по сравнению с изменением кинетической энергии сталкивающихся атомов (т. е. рассеяние почти упругое) либо если столкновение было скользящим. В обоих случаях взаимодействие с электронами оболочек может быть учтено отдельно, как специфический механизм диссипации энергии. Изучение атомных столкновений в газах в области энергий порядка нескольких килоэлектронвольт свидетельствует о справедливости данного допущения в этом случае энергия, переданная электронам, оказывается порядка нескольких процентов переданной кинетической энергии. Мы полагаем, что аналогичное соотношение выполняется и в случае взаимодействия атомов в твердом теле. [c.23]

Ширина спектральной линии может изменяться при процессах, ограничивающих время жизни возбужденного состояния и моделирующих случайным образом энергетические состояния. К таким процессам относятся различные виды соударений (например, соударение излучающего атома в газе с нейтральными атомами, ионами и электронами, со стенками сосуда), а также взаимодействие излучающего атома с кристаллической решеткой в твердом теле. Все эти процессы сокращают время жизни атома на данном энергетическом уровне и, согласно (14), приводят к увеличению А1 , т. е. к расширению спектральной линии. Однако и в этих случаях форма спектральной линии определяется уравнением (17), получившим название лоренцевой формы. [c.10]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ <электронно-фононное — взаимодействие носителей заряда в твердых телах с колебаниями кристаллической решетки электрослабое—объединенная калибровочная теория электромагнитного и слабого взаимодействий) ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ фундаментальные — четыре взаимодействия, лежащие в основе всех природных процессов сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное ВОЗБУЖДЕНИЕ [—вывод системы из состояния устойчивого равновесия колебаний <—воздействие на систему, приводящее к возникновению в ней колебаний параметрическое — возбуждение колебаний путем периодического изменения некоторых параметров колебательной системы)] [c.226]

Обычно под твердотельными лазерами подразумевают достаточно представительный класс квантовых генераторов, инверсная заселенность в твердом рабочем теле которых создается путем оптической накачки. При этом за пределами этого класса лазеров остаются полупроводниковые приборы, использующие электронный или инжекционный способы возбуждения. [c.168]

Спектроскопия сложных органических молекул практически всегда имеет дело с молекулами, растворенными в твердых или жидких матрицах, т. е. с примесными центрами, поскольку многие сложные органические молекулы, например, хлорофилл, белки и др., не выдерживают нагревания и не могут исследоваться в газовой фазе, как атомы и простые молекулы. В таких условиях электронное возбуждение молекул всегда взаимодействует с внутри- и межмолекулярными колебаниями, т е. фононами. [c.8]

В предыдущей главе мы рассмотрели принципиальные вопросы, возникающие при изучении единственного атома, взаимодействующего с монохроматической световой волной и излучающего спонтанно и вынужденно фотоны. При этом остался в тени важный для практики вопрос о том, каким образом может быть приготовлена система, состоящая только из одного атома. Если атомы исследуемого вещества находятся в газовой фазе, то задача уединения единственного атома является решаемой, но достаточно сложной технической проблемой. Однако исследования в газовой фазе становятся даже в принципе невозможными для сложных органических молекул, так как многие из них уже при небольшом нагревании, предшествующем испарению, распадаются. Поэтому в последние несколько лет успешно развиваются методы исследования единичных молекул, внедренных в твердые матрицы, охлажденные до гелиевых и более низких температур [18-20]. В этом случае перед нами стоит проблема исследования поглощения и излучения света единственным примесным центром. Однако оптические электроны примесной молекулы или атома взаимодействуют не только с электромагнитным полем, но и с колебаниями атомов матрицы (фононами). Это электрон-фононное взаимодействие приводит к рождению и уничтожению фононов в процессе оптического перехода в примеси. Оно актуально даже при сверхнизких температурах, потому что процессы рождения фононов имеют место даже при абсолютном нуле. Поэтому в теорию, изложенную в предыдущей главе, необходимо включить взаимодействие оптических электронов примесного центра с фононами. Фононы и другие низкочастотные возбуждения твердой матрицы рассматриваются в данной главе. [c.53]

С открытием лазеров как источников коротких импульсов излучения в оптическом диапазоне электромагнитных волн появилась возможность наблюдения фотонного эха [67], являющегося оптическим аналогом спинового эха, а также свободного распада электронной поляризации [68] и других эффектов [69-71], обусловленных сложением фаз, т. е. когерентностью атомного ансамбля. Как мы увидим ниже, эволюция во времени недиагональных элементов матрицы плотности примесного центра определяет свободное затухание поляризации, различные типы фотонного эха и некоторые другие нелинейные явления. Эти эффекты получили название переходных. Их можно наблюдать лишь после возбуждения образца достаточно короткими световыми импульсами. Среди переходных эффектов наибольший интерес в настоящее время вызывает фотонное эхо, превратившееся в главный инструмент для исследования фазовой и энергетической релаксации электронных состояний примесных центров в твердых растворах. Достижениям теории в области описания фотонного эха и посвящена в основном данная глава. [c.195]

Ширина спектральной линии может изменяться при процессах, ограничивающих время жизни возбужденного состояния и модулирующих случайным образом энергетические состояния. К таким процессам относятся различные виды соударений (например, соударение излучающего атома в газе с нейтральными атомами, ионами и электронами, со стенками сосуда), а также взаимодействие излучающего атома с кристаллической решеткой в твердом теле. Все эти процессы сокращают время жизни на данном энергетическом уровне и приводят к расширению спектральной линии. [c.11]

В твердотельных лазерах активные атомы лазерной среды внедряются в твердое тело, такое, как кристалл или стекло. Процесс оптической накачки заключается в том, что под действием света, генерируемого лампой-вспышкой и поглощаемого активной средой, атомы активной среды переходят со своего основного уровня на возбужденные уровни. При достаточно высокой интенсивности света накачки в лазерной среде достигается инверсия населенностей электронов, которая приводит к накоплению энергии на верхнем лазерном уровне. [c.275]

Связь кристаллической С1 )уктуры металлов и неметаллических элементов с электронным строением. ГЦК структуру типа меди, характерную для многих металлов, имеют прежде всего инертные газы в твердом состоянии. Атомы Ne, Аг, Кг, Хе, Rn имеют внешнюю заполненную 5 р -оболочку с сильно связанными р-электронами, имеющими малые орбитальные радиусы. Слабые дисперсионные силы, действующие между нейтральными атомами инертных газов, недостаточны для возбуждения и спинового расщепления спаренных [c.13]

Возбужденные комплексы с переносом электрона в обычных условиях испытывают безызлучательную дезактивацию. При низких температурах и в твердых растворах возможна флуоресценция с переносом заряда. Соответствующие полосы смещены в область длинных волн по отношению к спектрам поглощения. [c.120]

В принципе активная среда в газе или газовой смеси может создаваться так же, как и в твердом теле, по схеме с тремя уровнями с помощью лампы-вспышки. Однако наиболее широко используется метод получения активной среды путем электронного возбуждения рабочих атомов в разряде. [c.103]

Падающие пучки электронов могут возбуждать электроны внутренних оболочек атомов. Именно так получаются рентгеновские лучи в рентгеновских трубках. Кроме характеристических рентгеновских лучей или белого тормозного излучения, такое возбуждение может привести к эмиссии оже-электронов, которые имеют энергии, характерные для данного сорта атомов. В то время как характеристические рентгеновские лучи и оже-электроны являются важным средством исследования химического состава материалов, ни одно из этих излучений не дает заметного вклада в фон электронограмм или в коэффициенты поглощения электронов в твердых телах. В этом смысле значительно более важную роль играет возбуждение электронов внешних оболочек, или валентных электронов. [c.270]

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

В сложных молекулах и в твердых телах могут происходить разнообразные релаксационные процессы. Возникает вопрос о пригодности простой двухуровневой схемы для описания воздействия этих систем на световые импульсы, находящиеся в резонансе с молекулярным переходом, или о необходимости применения многоуровневой модели для понимания такого воздействия. Приведем пример. В качестве насыщаемых поглотителей очень часто используются молекулы органических красителей, в которых, согласно принципу Франка — Кондона, наиболее эффективное возбуждение происходит при переходе не в бесколебательное возбужденное электронное состояние, а на некоторый высокий колебательный уровень этого электронного состояния. По этой причине молекула отдает при релаксации как электронную, так и колебательную энергию и проходит при этом с большей вероятностью релаксационный путь, идущий через бесколебательное состояние возбужденного электронного уровня (фиг. 60). В работе [3.21-8] исследовано взаимодействие таких молекул со световыми импульсами при различных соотношениях между длиной импульса и отдельными временами релаксации. Было показано, что воздействие этих молекул на световые импульсы может [c.430]

Отдельные разрозненные атомы металлов в состоянии пара не обладают электропроводностью, но отличаются малыми значениями ионизационных потенциалов. При уменьшении температуры и конденсации паров металла в жидкий, а затем и твердый проводник, происходит расщепление энергетических электронных уровней атомов вследствие сил электрического взаимодействия. Каждый уровень энергии атома, заполненный электронами, или тот, в котором электроны могут находиться в возбужденном состоянии, распадается на ряд уровней, число которых равно числу атомов, образующих проводник. В металлах, как это видно из фиг. 129, имеет место перекрытие энергетических полос, на которые расщепились отдельные уровни атомов. [c.263]

Электрический пробой по своей природе является чисто электронным процессом, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина. Согласно современным представлениям эти электроны рассеивают энергию своего движения, накопленную в электрическом поле, за счет возбуждения -упругих колебаний кристаллической решетки. Электроны, достигшие определенной критической скорости, производят отщепление новых электронов, и стационарное состояние нарушается, т. е. возникает ударная ионизация электронами в твердом теле. [c.88]

Различие в проводимости твердых веществ хорошо объясняется на основе зонной теории проводимости. Согласно этой теории энергетический уровень атома твердого кристаллического тела представляется разделенным на зоны (рис. 14). Зоной проводимости называется зона энергетических уровней, которыми обладают свободные (возбужденные) электроны. Зоны уровней, в которых находятся обладающие наибольшей энергией, т. е. валентные, электроны, называются валентными зонами. Эти зоны могут быть разделены промежуточными уровнями энергии, в которых электроны находиться не могут. [c.14]

Можио провести аналогию между испусканием фононов и испусканием фотонов черным телом. Хотя в твердом теле тепло может переноситься другими. носителями, особенно электронами, количество тепла, передаваемого от твердого тела к жидкости, определяется формулой (15-7)2. Кроме того, поскольку возбуждение фо- [c.350]

В книге последовательно развиваются основы аппарата квантовой теории поля (вторичное квантование бозонов и фермионов, методы функций Грина и функции распространения и т. д.), его приложения к рассмотрению основных элементарных возбуждений в твердом теле (электроны, фононы, экситоны), а также взаимодействий между ппдш (сверхпроводимость, поляритоиы). [c.366]

С увеличением частоты возбуждения явный вид выражений для е1(км) и е2(ки) начинает сильно зависеть от конкретных свойств рассматриваемого твердого тела. Дело в том, что эти выражения определяются наиболее существенными межзонными переходами, вклад которых, в свою очередь, сильно зависит от конкретного характера соответствующих зон. Мы вскоре рассмотрим этот вопрос более подробно. Пока ж укажем только, что возмущение с частотой ш м, где м — средняя частота существенных возбуждений в твердом теле, будет в како1 то мере экранироваться, в то время как при м ш взаимодействие между электронами может привести даже к усилению рассматриваемого возмущения. [c.229]

В книге, состоящей из двух частей, с единой точки зрения рассмотрены электронные, фононные и оптические свойства твердых тел—металлов и полупроводников. Первая часть посвящепа теории элементарных возбуждений в твердых телах квазиэлектронов, плазмонов, фононов, магнонов и экситонов. Вторая часть посвящена взаимодействиям элементарных возбуждений элект-рон-фононному, электрон-фотонному, фотом-фононному, электрон-электронному и фонон-фононному. [c.2]

С классической точки зрения волна, коттэрая удовлетворяет этому дисперсионному соотношению, может иметь любую амплитуду (в пределах выполнения закона Гука). В то же время для колебаний решетки, как и для квантов электромагнитного излучения, характерен корпускулярно-волновой дуализм. Корпускулярный аспект колебаний решетки приводит к понятию фонона, и прохождение волны смещения атомов в кристалле можно рассматривать как движение одного или многих фононов. При этом каждый фонон переносит энергию Ксй, где Ь = Ь/2я= 1,0546-эрг-с Н — постоянная Планка, и импульс Ьк. Теплопроводность, рассеяние электронов и некоторые другие процессы в твердых телах связаны с возникновением и исчезновением фононов, т. е. корпускулярный аспект таких процессов- так же важен, как и волновой. Проявление дискретной (корпускулярной) природы энергии возбуждения в других явлениях зависит от того, насколько велико количество термически возбужденных фононов. [c.36]

Тот факт, что рентгеновы лучи излучаются обычно не свободными атомами, а твердыми телами сказывается и в появлении тех или других рентгеновых линий при возрастании зарядового номера Z. Например, 2р-элек-троны у свободных атомов впервые появляются в нормальном состоянии у бора (Z = 5). Отсюда и линия должна была бы впервые наблюдаться у данного элемента. На самом деле в рентгеновых спектрах твердых тел линия /Сд наблюдается у бериллия (Z = 4) и даже у лития (Z = 3), что объясняется ролью химических связей в твердом теле>. В результате этих связей внешние электроны атомов возбуждаются и могут с возбужденных уровней переходить на освободившееся место в /С-оболочке. Таким образом, /С-линии у подобных элементов носят, как и коротковолновые сателлиты, полу-оптический характер. [c.322]

ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция, продолжающаяся значительное время после прекращения ее возбуждения ФОТО ДЕЛЕНИЕ — деление атомного ядра гамма-квантами ФОТОДИССОЦИАЦИЯ—разложение под действием света сложных молекул на более простые ФОТОИОНИЗАЦИЯ — процесс ионизации атомов и молекул газов под действием электромагнитного излучения ФОТОКАТОД — холодный катод фотоэлектронных приборов, испускающий в вакуум электроны под действием оптического излучения ФОТОЛИЗ— разложение под действием света твердых, жидких и газообразных веществ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ—люминесценция, возникающая под действием света ФОТОМЕТРИЯ— раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом ФОТОПРОВОДИМОСТЬ изменение электрической проводимости полупроводника под действием света ФОТОРЕЗИСТОР — полупроводниковый фотоэлемент, изменяющий свою электрическую проводимость под действием электромагнитного излучения ФОТОРОЖ-ДБНИЕ — процесс образования частиц на атомных ядрах и нуклонах под действием гамма-квантов высокой энергии ФОТОУПРУГОСТЬ — возникновение оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления в первоначально оптически изотропных телах при их деформации [c.293]

B. A. Москаленко, Ю. Г. Рудой. ЭЛЕКТРОНЫ ПРОВОДИМОСТИ — электроны твёрдого тела, упорядоченное движение к-рых (дрейф) обусловливает электропроводность. В твердых телах часть электронов (как правило, валентные) отрывается от своих атомов. Области разрешённых значений энергии делокализован-ных электронов — разрешённые зоны — чередуются с запрещёнными зонами. Э. п.— электроны частично заполненных разрешённых зон—зон проводимости (см. Зонная теория). В полупроводниках Э. п. появляются только при нек-ром возбуждении (достаточно высокой темп-ре, освещении, внедрении примесей и т. п.). В металлах Э. п. есть всегда при Т =0 К они занимают все состояния с энергией, меньшей ферми-энергии. [c.588]

Неравновесные состояния в полупроводниках и мет.аллах, сверхбыстрый)) нагрев твердотельной плазмы. Длительность фемтосекундных лазерных импульсов зачастую оказывается меньше времени электрон-фононной релаксации и приближается сейчас, пожалуй, к наиболее короткому времени релаксации в твердом теле — времени электрон-электронной релаксации. В ряде лабораторий экспериментируют с генераторами импульсов с энергиями порядка 1 мДж и длительностями около 50 фс последнее позволяет создавать сильно неравновесные состояния в полупроводниках и металлах — состояния, возбуждение и эволюция которых связаны с рядом новых физических явлений [23, 24]. Следует подчеркнуть, что успех на пути изучения этих новых эффектов определяется не только уровнем разработки генераторов мощных возбуждающих фемтосекундных импульсов. В неменьшей мере необходима и фемтосекундная диагностика нерав- [c.294]

Наиболее распространенными методами активации поверхности являются нагрев, деформация, использование высокоэнергетических частиц. Возможность термической активации ограничена деградацией механических свойств материалов, особенно при образовании адгезионного соединения материалов с существенно разными гомологическими температурами. Активация деформацией успешно применяется в процессах сварки трением, прессования порошковых материалов, гидроскальпирования и т. д., но не осуществима при нанесении защитных покрытий. Тяжелые высокоэнергетические частицы (прежде всего ионы) могут вызывать перемешивание на границе раздела с образованием переходного слоя. Формирование переходного слоя позволяет избежать опасных межфазных напряжений, связанных с различием кристаллических решеток, и значительно улучшает прочность адгезионного соединения. По имеющимся оценкам [211] при отсутствии перемешивания предельная разница межатомных расстояний однотипных решеток (в том числе и металлов) составляет примерно 15%. Приведенное значение близко к величине разницы атомных радиусов, фигурирующей f в правиле Юм-Розери для образования твердых растворов. рЕсли развить эту аналогию и воспользоваться результатами работы [63] для образования твердых растворов при ионной имплантации и перемешивании, то можно ожидать образования >я1рочных соединений у материалов с разницей межатомных расстояний, достигающей 40% при условии образования переходного слоя. Влияние легких частиц (у-кванты, электроны, нейтроны, легкие ионы) в первую очередь связано с возбуждением и перестройкой электронных оболочек [219]. [c.17]

Доказательство, которое непосредственно позволило бы решить вопрос о существовании острого края поверхности Ферми, получено из экспериментов по аннигиляции позитронов. В частности, Густафсон, Макинтош и Цаффарано [74] недавно сообщили об измерении по-зитронной аннигиляции для твердой и жидкой ртути эти результаты представлены в виде распределения электронных импульсов Р(к), которые в жидкости оказались значительно более диффузными, чем в твердом состоянии. Принимая для Р(к) вид, предложенный по аналогии с термическим возбуждением, а именно [c.72]

В случае рентгеновских лучей основной вклад в поглощение происходит за счет возбуждения электронов внутренних оболочек атомов, и, таким образом, за исключением непосредственной близости длин волн падающего пучка и края полосы поглощения, вклад этот очень незначительно зависит от того, соединены ли атомы в молекулы или образуют жидкость или твердое тело. В случае электронов, однако, в наиболее важных процессах неупругого рассеяния принимают участие наружные электронные оболочки, и энергетические потери лежат в пределах от О до 50 эВ. Таким образом, коэффициенты поглощения сильно зависят от природы связи или ионизации атомов. Для твердых тел важный вклад в коэффициент поглощения создается за счет рассеяния на плазмонах, за счет обра- [c.92]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...