Exciton

Exciton ( latinsky  excito  - „vzrušuji“) je kvazičástice , což je elektronické buzení v dielektriku , polovodiči nebo kovu [1] , které migruje krystalem a není spojeno s přenosem elektrického náboje a hmoty . Pojem exciton a samotný termín zavedl sovětský fyzik Ya. I. Frenkel v roce 1931, rozvinul také teorii excitonů [2] [3] [ 4 ] [6]) sovětskými fyziky Karryevem N.A., E.F. Grossem , výsledky této studie byly publikovány v roce 1952 [7] . Je to vázaný stav elektronu a díry . V tomto případě by měla být považována za nezávislou elementární (neredukovatelnou) částici v případech, kdy interakční energie elektronu a díry je stejného řádu jako energie jejich pohybu a interakční energie mezi dvěma excitony je malá ve srovnání s energii každého z nich. Exciton lze považovat za elementární kvazičástici v těch jevech, ve kterých působí jako celistvý útvar, který není vystaven vlivům schopným jej zničit.

Exciton může být reprezentován jako vázaný stav vodivostního elektronu a díry umístěné buď na stejném místě krystalové mřížky ( Frenkelův exciton , a * < a 0 , a *  je poloměr excitonu, a 0  je perioda mřížky) , nebo ve vzdálenostech mnohem větších než meziatomový ( Wannier-Mott exciton , a * ≫ a 0 ). V polovodičích, kvůli vysoké dielektrické konstantě , existují pouze Wannier-Mott excitony. Frenkelovy excitony jsou použitelné především pro molekulární krystaly [8] .

Polovodičová zařízení založená na excitonových přechodech

U objemových polovodičů se excitonové stavy objevují pouze při hlubokém ochlazení vzorků, což brání jejich použití. V tenkovrstvých polovodičových strukturách jsou naopak excitonové stavy dobře vyjádřeny při pokojové teplotě. Změnou velikostí nanostruktur předepsaným způsobem je možné měnit vazebnou energii a další parametry excitonů a tím řídit excitony v nízkorozměrných strukturách a vytvářet zařízení založená na fyzikálních procesech s excitony [9] [10] .

Tak bylo vyvinuto zařízení, které kombinuje funkce elektro-optického spínače a detektoru záření na bázi excitonového přechodu. Princip jeho fungování spočívá v tom, že absorpční spektrum excitonů v tenkých vrstvách arsenidu galia v příčném elektrickém poli se vlivem Starkova jevu v systému s kvantovými omezeními posouvá do červené oblasti. Změnou absorpce může vnější napětí modulovat intenzitu světla procházejícího polovodičem na frekvenci excitonového přechodu.

K detekci záření dochází v důsledku rozpadu na elektrony a díry excitonů vzniklých při rezonančním buzení vlivem záření [11] .

Byla vytvořena další zařízení, ve kterých roli média zpracovávajícího informace hraje excitonový plyn místo elektronového plynu: optické modulátory, fázové posuvníky, spínače, optický tranzistor[12] [13] a lasery [14] .

Excitonika

Oblast vědy a techniky, která studuje technická zařízení založená na využití vlastností excitonů, se nazývá excitonika.

Poznámky

1. ↑ Fyzici poprvé objevili excitony v kovu
2. ↑ Frenkel I, 1931 .
3. ↑ Frenkel II, 1931 .
4. ↑ Frenkel Ya. I. O absorpci světla a připojení elektronů a kladných děr v krystalických dielektrikách // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 1936. - T. 6 . - S. 647 .
5. ↑ Alferov Zh. I. Dvojité heterostruktury: koncepce a aplikace ve fyzice, elektronice a technologii (Nobelova přednáška. Stockholm, 8. prosince 2000)  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ruská akademie věd , 2002. - T. 172 , č. 9 . - S. 1072 . (Ruština)
6. ↑ Silin, 1999 .
7. ↑ Gross E. F., Karryev N. A. Absorpce světla krystalem oxidu měďného v infračervené a viditelné části spektra // Zprávy Akademie věd SSSR. - 1952. - T. 84 . - S. 261 .
   Gross E. F., Karryev N. A. Optické spektrum excitonu // Zprávy Akademie věd SSSR. - 1952. - T. 84 . - S. 471 .
8. ↑ Kittel C. Úvod do fyziky pevných látek. - M. : Nauka, 1978. - S. 639. - 791 s.
9. ↑ Belyavsky V.I. Excitony v nízkorozměrných systémech  // Sorosův vzdělávací časopis . - 1997. - č. 5 . - S. 93-99 .
10. ↑ Dneprovskiy V.S. , Zhukov E.A. , Mulyarov E.A. , Tikhodeev S.G. Lineární a nelineární absorpce excitonů v polovodičových kvantových drátech krystalizovaných v dielektrické matrici  // ZhETF . - 1998. - T. 113 , č. 2 (8) . - S. 700-710 . — ISSN 0044-4510 .
11. ↑ Dneprovskiy V.S. Excitony přestávají být exotickými kvazičásticemi  // Soros Educational Journal . - 2000. - T. 6 , č. 8 . - S. 88-92 .
12. ↑ Andreakou P. et. al. Opticky řízený excitonický tranzistor  (anglicky)  // Applied Physics Letters  : journal. - 2014. - Sv. 104 , č. 9 . — P. 091101 . - doi : 10.1063/1.4866855 .
13. ↑ Kuzněcovová YY et. al. Plně optický excitonický tranzistor  (anglicky)  // Optics Letters  : journal. - 2010. - Sv. 35 , č. 10 . - S. 1587-1589 . - doi : 10.1364/OL.35.001587 . — PMID 20479817 .
14. ↑ Lozovik Yu. E. . Řízení Boseho kondenzátu excitonů a fononového laseru  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Ruská akademie věd , 2001. - T. 171 , č. 12 . - S. 1373-1376 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0171.200112i.1373 .  (Ruština)

Literatura

• Silin A.P. Exciton // Fyzická encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. — S. 501−504. — 692 s. — 20 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-101-7 .
• Brandt N. B. , Kulbachinsky V. A.  — Kvazičástice ve fyzice kondenzovaných látek. — M. : FIZMATLIT, 2005
• Agranovich V. M. , Ginzburg V. L. Krystalová optika s přihlédnutím k prostorové disperzi a teorie excitonů, M., 1965
• Knox R. Teorie excitonů, M., Mir, 1966
• Voronov V. K. , Podoplelov A. V. Moderní fyzika, M., KomKniga, 2005, ISBN 5-484-00058-0
• J. Frenkel. O přeměně světla na teplo v pevných látkách. I  (angl.)  // Physical Review  : journal. - 1931. - Sv. 37 , č. 1 . - str. 17-44 .
• J. Frenkel. O přeměně světla na teplo v pevných látkách. II  (anglicky)  // Physical Review  : journal. - 1931. - Sv. 37 , č. 10 . - S. 1276-1294 .

Viz také

• Frenkelův exciton
• Exciton Wannier-Motta
• kvantový plyn
• 2D elektronový plyn

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online) Britannica (online) Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4016091-9 J9U : 987007562707505171 LCCN : sh85046245 NKC : ph120085