Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Понятия за екситон, поляритон, плазмон

<== предишна статия | следващата статия ==>

Exciton (от латински. Excito - excite) е квазичастица, която е електронно възбуждане в диелектрик или полупроводник, мигриращо над кристал и не свързано с прехвърлянето на електрически заряд и маса.

Според теорията за структурата на твърдото тяло, ако валентните електрони на един атом получават излишък от енергия (например, когато веществото е облъчено със светлина), те могат да "прескочат" забранената зона и да се окажат в проводящата зона, като останат свободни места във валентната лента. - с положителен елементарен заряд. В зависимост от размера на ширината на лентата, твърдите вещества се разделят на полупроводници и диелектрици. Често има ситуация, в която електронът поглъща квантова светлина, но енергията му не е достатъчна, за да отиде в зоната на проводимост.

Ако веществото има малко количество примесни атоми, те осигуряват допълнителни нива на енергия в забранената зона, за които един електрон може да улови и да остане в забранената зона, взаимодействайки с дупка посредством електростатични сили. Такова свързано състояние на електрон-дупка се нарича екситон . Електронът има способността да излъчва квантова светлина и да се върне в първоначалното си положение във валентната зона (екситонен преход). В този случай съседният атом може да абсорбира освободения квант на енергията, в резултат на което ще се появи нова екситонна двойка, която след това ще изчезне и електронното възбуждане ще бъде прехвърлено по-далеч от атома към атома, мигрирайки през кристала. По подобен начин един електрон може допълнително да абсорбира енергията и, въпреки това, да стане свободен чрез прескачане към зоната на проводимост и осигуряване на принос към плътността на свободните носители на заряд на даден материал.

Така, един екситон в твърдото тяло може да се разглежда като елементарна квазичастица в тези случаи, когато действа като цяло, без да бъде подложено на ефектите, способни да го унищожат. Енергията на свързване на дупка и електрон определя радиуса на екситон, който е характерната стойност за всяко вещество. Например, за оловен сулфид и селенид, тази стойност е 2 и 4.6 nm, съответно, докато за сравнение, за кадмиевия сулфид, тя не надвишава 0.6 nm.

С образуването и унищожаването на екситоните те свързват характеристиките на оптичните спектри на наноструктурите, при които се наблюдават остри линейни компоненти, които не са характерни за макроскопичните тела, до стайна температура. Установено е, че величината на енергията на свързване на екситона зависи от размера на наночастицата, ако размерът на частиците е сравним с или по-малък от радиуса на екситона. Следователно, чрез получаване на монодисперсни колоидни разтвори на наночастици с различни размери, може да се контролира енергията на прехода на екситона в широк диапазон на оптичния спектър.

Екситон може да се разпадне при сблъсък с решетъчни дефекти. Когато екситон взаимодейства с фотони, се появяват нови квази-частици - смесени екситон-фотонни състояния, наречени поляритони. Свойствата на поляритоните (например техния дисперсионен закон) се различават значително от свойствата на екситоните и фотоните. Поляритоните играят съществена роля в процесите на пренос на енергия на електронно възбуждане в кристал, определят характеристиките на оптичните спектри на полупроводниците в областта на екситонните ленти и др.

При ниски концентрации екситоните се държат в кристал като газ от квазичастици. При високи концентрации тяхното взаимодействие става значително. Възможно е образуването на свързано състояние на две екситони, молекулата на екситона (биекситон). Въпреки това, за разлика от водородната молекула, енергията на дисоциация на биекситон е много по-малка от енергията на свързване.

С увеличаване на концентрацията на екситоните разстоянието между тях може да стане от порядъка на техния радиус, което води до разрушаване на екситоните. Това може да бъде придружено от появата на "капчици" на електронно-дупчивата плазма. Образуването на електрон-дупчици в полупроводници като Ge и Si се отразява в появата на нова широка линия на луминисценция, изместена към намаляване на фотонната енергия. Електронно-дупчащите капки имат редица интересни свойства: висока плътност на електрони и дупки с ниска концентрация, висока подвижност в нееднородни полета и др.

При ниски концентрации на екситон, състоящи се от два фермиона (електронен проводник и дупка), може да се разглежда като бозон. Това означава, че е възможна бозе-кондензация на екситони (натрупване на голям брой екситони на най-ниското енергийно ниво). Бозе-кондензацията на екситоните може да доведе до съществуването на непокрити енергийни потоци в кристала. Въпреки това, за разлика от свръх течния течен хелий или свръхпроводник, свръхфлуидният поток от екситони може да съществува не неопределено дълго, а само по време на живота на екситоните.

Плазмонът е квазичастица, която съответства на квантуването на плазмени колебания, които са колективни осцилации на свободен електронен газ.

Магическият блясък на металите е причинен от отражението на светлината от повърхностни плазмони, квазичастици, произтичащи от квантуването на колективни колебания на свободни електрони в метал. Наночастиците от злато (резонатори) имат плазмонна резонансна честота, сравнима с пика на оптичната плътност на много металопротеини. Настъпва взаимодействието на вибрациите на pdasmones и осцилационни процеси в протеини, което води до интензивно поглъщане на кванти на светлина с определена честота, определено от резонансните размери на метални частици в контакт с протеинови макромолекули.

Пласмонът играе голяма роля в оптичните свойства на металите. Светлината с честота под плазмената честота се отразява, тъй като електроните в метален щит представляват електрическо поле в лека електромагнитна вълна. Светлината с честота по-висока от плазмената честота преминава, защото електроните не могат да реагират достатъчно бързо, за да го защитят. В повечето метали плазмената честота е в ултравиолетовата област на спектъра, което ги прави блестящи във видимия диапазон (светлината се отразява). В допирани полупроводници, плазмената честота обикновено е в ултравиолетовата област.

Плазмонната енергия може да бъде оценена в модела на почти свободните електрони като:

, (1.16)

където п е плътността на валентните електрони, е е елементарният заряд, m е масата на електрона и - диелектрична константа на вакуума.

Дължина на вълната на Polazmon, която може да бъде оценена чрез следните отношения:

, , , (1.17)

От горните отношения следва, че дължината на вълната може да бъде няколко нанометра. Следователно, плазмоните се разглеждат като средство за предаване на информация в компютърните чипове, тъй като проводниците за плазмони могат да бъдат много по-тънки от обикновените кабели и могат да поддържат много по-високи честоти (в режим 100 THz, докато обикновените кабели вече имат големи загуби при GHz).

Повърхностните плазмони силно взаимодействат със светлината, което води до образуването на поляритони . Те играят роля в повърхностното усилване на раманово разсейване на светлината (плазмонен резонанс) и в обяснението на аномалии в дифракцията на металите. Плазмоните се натрупват в метални частици, действащи като резонатори. Това ви позволява да създавате на тяхна база чувствителни елементи за получаване на първична измервателна информация. Повърхностният плазмен резонанс се използва в биохимията за определяне на присъствието на молекули на повърхността.

Поляритоните също са предложени като средство за литография и микроскопия с висока резолюция поради техните изключително малки дължини на вълните. И двете приложения са успешно демонстрирани в лаборатории.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Приложение на свръхпроводниците в измервателната техника

Физическа основа за създаване на интелигентни измервателни системи, използващи невронни мрежи

Ефект на Джоузефсън

Тунелна микроскопия.

Устройство и принцип на работа на атомно-енергиен микроскоп

Сравнителни характеристики на аналитичните възможности на различни типове имуносензори

Примери за практическо използване на NMR

Електромеханична памет.

Принципи на изграждане на сензорни самоорганизиращи се системи

Класификации на рецепторите

Подредени въглеродни наноструктури и области на тяхното практическо приложение

Сканиращи магнитни микроскопи на базата на интерферометри SQUID

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 4688

11.45.9.55 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .