Exciton

Excitonul ( latină  excito  - „eu excito”) este o cvasiparticulă , care este o excitație electronică într-un dielectric , semiconductor sau metal [1] , migrând prin cristal și nu este asociată cu transferul de sarcină electrică și de masă . Conceptul de exciton și termenul în sine au fost introduse de către fizicianul sovietic Ya. I. Frenkel în 1931, el a dezvoltat și teoria excitonilor [2] [3] [ 4 ] [6]) de către fizicienii sovietici Karryev N.A., E.F. Gross , rezultatele acestui studiu au fost publicate în 1952 [7] . Este o stare legată a unui electron și a unei găuri . În acest caz, ar trebui considerată o particulă elementară independentă (ireductibilă) în cazurile în care energia de interacțiune a unui electron și a unei găuri este de același ordin cu energia mișcării lor, iar energia de interacțiune între doi excitoni este mică în comparație cu energia fiecăruia dintre ei. Un exciton poate fi considerat o cvasi -particulă elementară în acele fenomene în care acţionează ca o formaţiune întreagă care nu este supusă unor influenţe capabile să-l distrugă.

Un exciton poate fi reprezentat ca o stare legată a unui electron de conducție și a unei găuri situate fie în același loc al rețelei cristaline ( excitonul Frenkel , a * < a 0 , a *  este raza excitonului, a 0  este perioada rețelei) , sau la distanțe mult mai mari decât interatomicul ( excitonul Wannier-Mott , a * ≫ a 0 ). În semiconductori, datorită constantei dielectrice ridicate , există doar excitoni Wannier-Mott. Excitonii Frenkel sunt aplicabili în primul rând cristalelor moleculare [8] .

Dispozitive semiconductoare bazate pe tranziții de exciton

În semiconductori în vrac, stările de exciton apar numai la răcirea profundă a probelor, ceea ce împiedică utilizarea acestora. În structurile semiconductoare cu peliculă subțire, dimpotrivă, stările de exciton sunt bine pronunțate la temperatura camerei. Prin modificarea dimensiunilor nanostructurilor într-un mod prescris, este posibil să se modifice energia de legare și alți parametri ai excitonilor și, astfel, să se controleze excitonii în structurile de dimensiuni joase și să se creeze dispozitive bazate pe procese fizice care implică excitoni [9] [10] .

Astfel, a fost dezvoltat un dispozitiv care combină funcțiile unui comutator electro-optic și a unui detector de radiații bazat pe o tranziție de exciton. Principiul funcționării sale este că spectrul de absorbție al excitonilor în straturi subțiri de arseniură de galiu într-un câmp electric transversal se deplasează în regiunea roșie datorită efectului Stark într-un sistem cu restricții cuantice. Prin modificarea absorbției, tensiunea externă poate modula intensitatea luminii care trece prin semiconductor la frecvența tranziției excitonului.

Detectarea radiațiilor are loc datorită dezintegrarii în electroni și a găurilor de excitoni formate în timpul excitației rezonante din cauza radiației [11] .

Au fost create și alte dispozitive în care rolul unui mediu de procesare a informațiilor este jucat de un gaz exciton în loc de un gaz de electroni : modulatoare optice, defazatoare, comutatoare, un tranzistor optic[12] [13] și lasere [14] .

Excitonics

Domeniul științei și tehnologiei care studiază dispozitivele tehnice bazate pe utilizarea proprietăților excitonilor se numește excitonică.

Note

1. ↑ Fizicienii au descoperit pentru prima dată excitonii în metal
2. ↑ Frenkel I, 1931 .
3. ↑ Frenkel II, 1931 .
4. ↑ Frenkel Ya. I. Despre absorbția luminii și atașarea electronilor și a găurilor pozitive în dielectricii cristalini // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 1936. - T. 6 . - S. 647 .
5. ↑ Alferov Zh. I. Duble heterostructuri: concept și aplicații în fizică, electronică și tehnologie (Prelegere Nobel. Stockholm, 8 decembrie 2000)  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusă de Științe , 2002. - T. 172 , Nr. 9 . - S. 1072 . (Rusă)
6. ↑ Silin, 1999 .
7. ↑ Gross E. F., Karryev N. A. Absorbția luminii de către un cristal de oxid cupros în părțile infraroșu și vizibile ale spectrului // Rapoarte ale Academiei de Științe a URSS. - 1952. - T. 84 . - S. 261 .
   Gross E. F., Karryev N. A. Spectrul optic al excitonului // Rapoartele Academiei de Științe a URSS. - 1952. - T. 84 . - S. 471 .
8. ↑ Kittel C. Introducere în fizica stării solide. - M. : Nauka, 1978. - S. 639. - 791 p.
9. ↑ Belyavsky V.I. Excitons in low-dimensional systems  // Jurnal educațional Soros . - 1997. - Nr 5 . - S. 93-99 .
10. ↑ Dneprovskiy V.S. , Jukov E.A. , Mulyarov E.A. , Tikhodeev S.G. Absorbția liniară și neliniară a excitonilor în fire cuantice semiconductoare cristalizate într-o matrice dielectrică  // ZhETF . - 1998. - T. 113 , nr. 2 (8) . - S. 700-710 . — ISSN 0044-4510 .
11. ↑ Dneprovskiy V.S. Excitonii nu mai sunt cvasiparticule exotice  // Soros Educational Journal . - 2000. - T. 6 , nr 8 . - S. 88-92 .
12. ↑ Andreakou P. et. al. Tranzistor excitonic controlat optic  (engleză)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2014. - Vol. 104 , nr. 9 . — P. 091101 . - doi : 10.1063/1.4866855 .
13. ↑ Kuznetsova YY et. al. Tranzistor excitonic integral  (engleză)  // Litere optice  : jurnal. - 2010. - Vol. 35 , nr. 10 . - P. 1587-1589 . - doi : 10.1364/OL.35.001587 . — PMID 20479817 .
14. ↑ Lozovik Yu. E. . Controlul condensatului Bose al excitonilor și al unui laser fonon  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Academia Rusă de Științe , 2001. - T. 171 , Nr. 12 . - S. 1373-1376 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0171.200112i.1373 .  (Rusă)

Literatură

• Silin A.P. Exciton // Enciclopedia fizică  : [în 5 volume] / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1999. - V. 5: Dispozitive stroboscopice - Luminozitate. — S. 501−504. — 692 p. — 20.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-101-7 .
• Brandt N. B. , Kulbachinsky V. A.  - Cvasiparticule în fizica materiei condensate. — M. : FIZMATLIT, 2005
• Agranovich V. M. , Ginzburg V. L. Optica cristalină cu toleranță pentru dispersie spațială și teoria excitonilor, M., 1965
• Knox R. Teoria excitonilor, M., Mir, 1966
• Voronov V. K. , Podoplelov A. V. Fizica modernă, M., KomKniga, 2005, ISBN 5-484-00058-0
• J. Frenkel. Despre transformarea luminii în căldură în solide. I  (ing.)  // Physical Review  : jurnal. - 1931. - Vol. 37 , nr. 1 . - P. 17-44 .
• J. Frenkel. Despre transformarea luminii în căldură în solide. II  (engleză)  // Physical Review  : jurnal. - 1931. - Vol. 37 , nr. 10 . - P. 1276-1294 .

Vezi și

• Frenkel exciton
• Exciton Wannier-Motta
• gaz cuantic
• gaz de electroni 2D

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online) Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4016091-9 J9U : 987007562707505171 LCCN : sh85046245 NKC : ph120085