Экситон Френкеля

Однако экситоны, часто описываемые в случае неорганических соединений, являются экситонами Мотта [103] возбужденный электрон и дырка одновременно не относятся только к одному центру, но находятся на расстоянии друг от друга, которое в среднем составляет величину от одного до нескольких параметров решетки. У молекулярных кристаллов уровни экситонов занимают широкую область энергетического спектра, которая в значительной степени расширяется колебаниями, особенно когда уровни находятся вблизи границы интенсивного поглощения. Этот вопрос будет рассматриваться в следующей книге этой серии. У антрацена наблюдалось размытие уровней экситонов приблизительно от 3 до 8 эб в зависимости от расположения плоскости поляризации света в направлении а или Ь [88]. В большинстве случаев поглощение, без сомнения, было обусловлено образованием экситонов, соответствующих возбужденным состояниям индивидуальных молекул, что доказывается сравнением коэффициентов экстинкции в спектрах молекул и кристаллов [88]. Тем не менее подобное описание с точки зрения теории экситонов Френкеля является, конечно, неполным, так как при энергии поглощенного света даже меньше 8 эв возникают и фотопроводимость и фотоэмиссия электронов, не говоря уже о фотохимической диссоциации. Даже если наблюдаемая фотопроводимость не вызвана освобождением носителей внутри чистого вещества, что кажется вполне возможным [15], то существует фотоэлектронная эмиссия, показывающая (раздел 11,4), что внешний фотоэлектрический эффект связан с ионизацией молекул внутри кристалла. Поглощение, вызывающее эмиссию, по-видимому, непрерывно и может обусловливаться образованием экситонов. [c.662]

Здесь квадратные скобки указывают, что возбуждение делится между азидным радикалом и ловушкой, чем выражается эквивалентность моделей экситона, предложенных Френкелем и Хип-пелем (экситоны Френкеля — Оверхаузера — Нокса). [c.171]

Таким образом, экситон есть движение связанных между собой электрона и дырки. Экситон нейтрален. Его перемеш,ение не сопровождается переносом заряда. Чтобы подчеркнуть структуру экситона, в котором расстояние между электроном и дыркой не больше размера атома или молекулы, его часто называют экситоном малого радиуса или экситоном Френкеля (по имени ученого, предсказавшего его су-ш,ествование). Об экситонах большого радиуса будет рассказано ниже. [c.291]

Различают два основных типа экситонов, соответствующие двум крайним случаям связи электрона и дырки экситон Ванье и экситон Френкеля. [c.77]

Экситон Френкеля можно представить как предельный случай экситона Ванье, когда связанные электрон и дырка находятся на одном и том же узле. Экситон реализуется в молекулярных кристаллах, в которых связь внутри молекулы (ковалентная) значительно сильнее, чем связь между молекулами (ван- [c.77]

Возбуждение электрона в зону проводимости, отвечающее полной ионизации, приводит к возникновению свободных электрона и дырки, способных независимо двигаться под действием приложенного поля. Существует и другая возбужденная конфигурация (экситон — см. главы П, V) с более низкой энергией, с которой электрон и дырка движутся как связанные нейтральные образования. Экситон Френкеля (см. гл. II) совершенно аналогичен позитронию (связанной позитрон-электронной паре) и энергетические уровни этого экситона, так же как и позитрония, задаются боровской моделью атома водорода с заменой массы свободного электрона на приведенную массу т . Далее, так как экситон существует в кристалле, а не в вакууме, кулоновское взаимодействие ослабляется за счет диэлектрической проницаемости. Поэтому энергетический спектр экситона (рис. 174) задается выражением [8, 41 [c.421]

Связь между уровнями экситонов Френкеля и уровнями ионизации , при которой электрон и дырка разделены, обсуждалась в работах Лайонса [82, 83 [, Фокса [301 и Гарретта [33]. Однако еще многие детали схемы энергетических уровней остаются невыясненными. Уровни, на которых электрон движется свободно, не относясь непосредственно к определенной молекуле кристалла или положительной дырке, представляют собой то, что можно назвать собственно проводящей зоной. Энергия такого уровня Ес по классическим представлениям выше энергии основного состояния кристалла [82, 83] она описывается уравнением [c.662]

На рис. 2 показаны различныеэнергетические уровни кристалла антрацена. Уровни экситонов Френкеля имеют большоезначение в оптических экспе- [c.665]

Эти представления ясно показывают, что возможны внутренние переходы, характеризующиеся энергией, меньшей энергии междузонного перехода, однако, теоретический расчет энергии основного экситонного состояния, соответствующей наблюдаемому на опыте порогу поглощения, особенно труден, а описание этого основного состояния оказывается неопределенным в том смысле, что оно может представлять экситоны как локализованные (экситоны Френкеля — Оверхаузера — Нокса) так и де-локализованные (экситоны Ванье — Мотта). [c.142]

ЭТИ последовательности пиков как обусловленные образованием экситонов Френкеля — Оверхаузера — Нокса. Фактически эти последовательности пиков служат доказательством существования экситонов Ванье — Мотта, важнейшим условием существования которых является высокая диэлектрическая проницаемость азидов. С более простой точки зрения, можно было бы считать, что предел последовательности (и = оо) совпадает с границей полосы проводимости. Это было бы так, если критерием была только плотность состояний. Однако интенсивность спектров поглощения зависит также от вероятности переходов, определяемых правилами отбора (матричные элементы, соединяющие начальное и конечное состояния). Поэтому имеющиеся данные не позволяют сделать определенного заключения о положении междузонного перехода в азидах натрия и цезия. В случае азида рубидия меж-дузонный переход лежит, по-видимому, примерно на 0,1 эв выше предела последовательности с и = со. В случае же азида калия имеются признаки дальнейшей тонкой структуры. Именно за экситонным пределом появляется участок шириною около 0,3 эв, в котором суммарная вероятность перехода проходит через минимум и имеется плечо при 8,7 эв, происхождение которого не было объяснено. Для выяснения природы этого участка требовалось всего лишь, чтобы спектр был исследован в поляризованном свете на ориентированном монокристалле. В настоящее же время для объяснения строения этого участка спектра указывают на наблюдавшуюся на одном из образцов хемилюминесценцию. Однако отсутствие этого минимума в спектре азида рубидия делает это объяснение маловероятным. Теоретически можно было бы ожидать, что истинное разрешенное междузонное поглощение имеет границу, обусловленную вертикальным переходом в центре бриллюеновской зоны (к 0), но что у валентной зоны имеются восходяпще ветви. Ответы на эти вопросы будут получены после проведения теоретико-группового анализа энергетических уровней. [c.146]

Колебания атомов в каждой из молекул хорошо описываются моделью Эйнштейна, которую можно несколько усовершенствовать. Поскольку каждая из молекул не изолирована от своих соседей, к молекулярным колебаниям естественно применить рассуждения, изложенные при описании экситона Френкеля. Колебания, распространяюш иеся по кристаллу, часто так и называют — экситонами, а иногда им присваивают особое наименование — оптические колебания. Некоторые (но не все ) из них проявляют себя в оптических свойствах кристаллов. Этому все, кроме описанных выше акустических, колебания и обязаны своим названием. [c.300]

Все квазичастицы, которые мы до сих пор рассматривали, нейтральны. Они не несут на себе заряда. Экситон Ванье-Мотта, как и экситон Френкеля, тоже нейтрален, но построен из заряженных частиц — электрона проводимости и дырки. Как Вы понимаете, речь пойдет о полупроводниках (см. гл. 14). [c.306]

Мы перечислили отнюдь не все квазичастицы, являющиеся бозонами. По сути все их и невозможно перечислить. Хотя бы потому, что неизвестно, сколько их. Некоторые квазичастицы-бозоны еще будут упоминаться в следующей главе, посвященной квазичастицам-фермионам. Обратите внимание на то, что экситонам в каком-то смысле место в главе о фермионах и экситон Френкеля, и экситон Ванье-Мотта образованы из фермионов. [c.307]

Все квазичастицы, которые мы рассматривали (фононы, магноны, экситон Френкеля), являются квантами коллективных движений в твердом теле. Даже экситон Ванье-Мотта — не исключение, поскольку движение дырки фактически есть движение всех электронов валентной зоны кроме одного — того, который перешел в зону проводимости. [c.310]

Заметим попутно, что, помимо свободных электронов и дырок, в роли свободных валентностей в кристалле могут выступать так называемые экситоны Френкеля, т. е. возбужденные атомы или ионы решетки, способные передавать свое возбуждение соседним одноименным атомам или ионам. Примером может служить та же решетка ujO, в которой экситон Френкеля представляет собой возбужденный ион Си+, характеризующийся следующей электронной структурой [c.48]

Представляется поэтому, что в молекулярных кристаллах существуют уровни, лежащие ниже, чем низший уровень экситона, проявляющийся в его полосе. Далее, эти уровни не являются даже уровнями экситонного типа, а должны быть связаны с отдельными молекулами или с сильно локализованным ансамблем молекул, что очевидно из их хорошо развитой колебательной структуры. Сидмен [181] высказал предположение, что расхождение между флуоресценцией и сильным поглощением, появление нескольких источников флуоресценции и появление слабого поглощения могут быть объяснены на основе теории захваченных ( прилипших ) экситонов Френкеля [99]. Свободно перемещающийся делокализованный экситон при взаимодействии с колебаниями решетки (фононами) затрачивает часть своей энергии на местное искажение решетки. Это превращение энергии вызывает возмущение уровней энергии соседних молекул, смещая их вниз, и энергия экситона оказывается захваченной локализованной группой молекул вокруг дефекта решетки. Энергия остается надежно захваченной этой потенциальной ямой до тех пор, пока не будет удалена при флуоресценции, что объясняет, таким образом, происхождение наблюдаемых низко лежащих флуоресцентных уровней. При наличии нескольких мест захватывания экситонов можно объяснить появление нескольких [c.115]

Экситон — водородоподобное связанное состояние электрона проводимости и дырки. Соответствует электронному возбуждению в диэлектрике или полупроводнике. Способен мигрировать по кристаллу, но при этом не происходит ни переноса заряда, ни переноса массы. В молекулярном кристалле экситон (экситон Френкеля) — возбуждение электронной системы отдельной молекулы, распространяющееся по кристаллу в виде волны. В ионных кристаллах радиус экситонов больше размеров постоянной кристаллической решетки (экситон промежуточного радиуса), в полупроводниках экситон имеет очень большие радиусы (экситон Ванье — Мотта). Время жизни экситонов невелико— электрон и дырка рекомбинируют с испусканием фотона за времена 10 -г-10 с. Экситоны могут также распадаться безызлучательно, например при захвате дефектом решетки. Экситон имеет характеристическое оптическое поглощение. [c.53]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология