Перемещение - экситон
Cтраница 1
 |
Структура молекулы диангидрида пиромеллитовой кислоты. [1] |
Перемещение экситона с изменением полярности на противоположную; дырка переносится через электрон. [2]
 |
Структура молекулы диангидрида пиромеллитовой кислоты. [3] |
Перемещение экситона с изменением полярности на противоположную; электрон переносится через дырку. [4]
В действительности, однако, перемещение экситона в кристалле имеет характер диффузионного движения. Поэтому радиальное расстояние, на которое эскитон может удалиться от места его возникновения, составляет около 10 - - 4 см. Но в процессе диффузии экситон за время продолжительности его жизни проделывает путь, равный около 107 постоянных решетки. Поэтому вероятность встречи экситона с примесным центром или каким-либо тепловым микродефектом решетки равна единице за указанный промежуток времени. При взаимодействии экситона с тепловым микродефектом или нелюми-несцирующим примесным центром отдача энергии происходит преимущественно в виде тепла. С понижением температуры кристалла возрастает отдача энергии также в виде света. Кроме указанных, имеются, по-видимому, и другие формы превращения энергии в процессе аннигиляции экситона. [5]
Наоборот, в другом предельном случае, когда возникновение экситона не сопровождается локальной деформацией решетки ( свободные экситоны), коэффициент диффузии экситонов при температурах ГТ0 уменьшается с ростом температуры, причем закон этого спада существенно определяется тем механизмом рассеяния, который приводит к диффузионному характеру перемещения экситона по кристаллу. [6]
Возбужденное состояние иона в кристаллической решетке было впервые рассмотрено Я. И. Френкелем [ 536а ] и названо им экситоном. Перемещение экситона сводится, к перемещению электронов л положительных дырок. В решетке, обладающей дефектами, экситон, подобно электрону, может локализоваться около мест нарушения решетки. В современной теории свечения кристаллофосфоров этот род возбуждения рассматривается сравнительно редко, однако он, невидимому, должен играть весьма значительную роль в кинетике свечения многих фосфоров. [7]
В отличие от фононов, которые представляют коллективные возбуждения колебательного состояния ядер решетки, экситоны представляют электронное возбужденное состояние. Однако с перемещением экситона по кристаллу не связано движение электрического заряда. В этом отличие экситона от заряженной квазичастицы - электрона или дырки в металле или полупроводнике. Энергетический спектр экситона e ( k) может быть найден в двух предельных случаях. [8]
Если образец имеет достаточно большие размеры, то граничные условия не имеют существенного значения; необходимо лишь, чтобы включалось достаточно большое число постоянных решетки. Важна также однородность вещества, тогда перемещение экситона возможно. По видимому, такие образования в жидкостях более реальны, чем в кристаллах. [9]
Термин экситон был впервые введен Френкелем [12] в 1931 г. и применяется для обозначения нейтрального образования, получающегося при объединении электрона с дыркой, которое происходит без их взаимного уничтожения. Экситон может быть также определен как возбужденное состояние атома или иона, способное перемещаться из одной ячейки в другую. Существенно, что в этом случае имеет место сложное энергетическое соотношение, связывающее внутреннюю энергию, получающуюся при взаимодействии электрона с дыркой, и кинетическую энергию, вызывающую перемещение экситона. [10]
Сущность этого рода активации теорией пока не раскрывается. Однако, если рекуперация энергии при катализе действительно связана, как это предполагает Н. И. Кобозев [71], с экси-тонными явлениями, то вопрос об эффекте аггравации в общей проблеме катализа приобретает очень важное значение. В самом деле, ведь экситонные явления не могут не играть важной роли при взаимодействии реагента с катализатором, тем более с полупроводниковым катализатором. Адсорбционные экситоны в полупроводнике локализованы, но оптические и тепловые экситоны перемещаются, перенося энергию по кристаллу или вдоль системы сопряженных связей макромолекулы. Захват энергии реакции аг-граватором, очевидно, можно рассматривать как образование тепловых экситонов, а перенос ее от периферии катализатора к точке возникновения химической связи с молекулой реагента можно считать перемещением теплового экситона. [11]
В этой связи в [16] подчеркивается, что кристалл состоит из идентичных элементарных ячеек, образованных атомами, молекулами или группами атомов, молекул или ионов. Если кристалл возбужден, то возбуждение может быть локализовано в любой из этих элементарных ячеек. Такое локализованное возбуждение не отвечает стационарному состоянию. Связь между частицами в кристалле и резонанс, обусловленный идентичностью элементарных ячеек, приведут к тому, что энергия возбуждения будет мигрировать от одной ячейки к другой. Содержащиеся в [16] качественные рассуждения, основанные на результатах исследований Я. И. Френкеля [15] и Пайерлса [17], в той или иной степени затрагивают многие, сохраняющие актуальность и сейчас, вопросы безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения в кристаллах. В [16] идет речь о переносе энергии волновыми пакетами, а также о переносе энергии локализованными ( некогерентными) экситонами. В последнем случае в качестве причин перемещения экситона указаны термоактивированные перескоки, а также ( при низких температурах) туннельный эффект. Хотя при характеристике распространения экситонов по кристаллу слова диффузионный процесс используются только для некогерентных экситонов, для волновых пакетов также использовано представление о длине свободного пробега и о сильном изменении направления движения экситона ( но не его энергии), которое должно возникать при рассеянии экситонов на фононах. В [16] сделан также ряд замечаний о механизме взаимодействия экситонов с дефектами кристалла и его поверхностью и, в частности, о механизме захвата экситона чужеродными молекулами. Таким образом, Франк и Теллер [16] фактически сформулировали целую программу теоретических исследований. [12]
Страницы: 1