Время - жизнь - экситон
Cтраница 1
Время жизни экситонов в гфямозонуых материалах мало ( - 1 не) вследствие прямой рекомендации с испусканием фотона, В материалах с непрямой щелью время жизни экситонов, вообще говоря, гораздо больше ( микро - и миллисекунды), поскольку закон сохранения импульса требует испускания фонона при рекомбинации. [1]
Время жизни экситона достигает иногда 10 - 8 с. Особенно благоприятны для миграции экситона кристаллические области полимеров с высокой степенью симметрии, где молекулы теряют свою энергетическую индивидуальность и происходит смещение их электронных и колебательных уровней. [2]
 |
Форма полосы флуоресценции чистого кристалла нафталина, обусловленная зона - зонным переходом 0 - 512 при 20 4 К ( в полосу включены также переходы 0 - 510 см 1 и О - 514см - 1. [3] |
Если время жизни экситонов достаточно велико и экситоны успевают тер-мализоваться до излучения, то по спектру излучения можно найти плотность состояний. Функция плотности состояний р ( е), полученная из низкотемпературных ( 20 4 К) измерений спектра флуоресценции, показана на рис. 1.4.25. Ширина зоны составляет - 160 см-1 и соответствует средней плотности состояний, равной 1 / 80 состояния, приходящегося на интервал энергий в один обратный сантиметр на одну элементарную ячейку. Сумма энергий синглет-синглетного взаимодействия между трансляционно-эквивалентными молекулами ( 3 см 1) мала по сравнению с суммой энергий взаимодействия ( - 20 см - ) ближайших неэквивалентных молекул, определенной по Давыдовскому расщеплению [158], Такое заметное различие в энергиях взаимодействий обусловлено большой степенью локальной анизотропии. [4]
Поскольку время жизни экситона достаточно велико для установления равновесного распределения по уровням энергии, то можно пользоваться универсальным соотношением между спектрами поглощения и люминесценции. [5]
 |
Бинарная квадратная решетка со случайным распределением компонент, рассчитанным по методу Монте-Карло, содержащая 40 % черных и 60 % белых бабочек. [6] |
Так как времена жизни экситонов конечны, то для них достаточно квазибесконечного примесного кластера. Тогда при концентрациях примеси С С с все примесные экситоны ( С10Н8) могут достичь сверхловушки ( BMN); это значит, что физических барьеров, вводимых основным веществом ( C 0Dg), которые препятствовали бы миграции энергии, не существует. При С С с имеются участки с небольшими примесными кластерами, не связанными с ловушкой BMN. Поэтому в модели перколяции критической концентрацией Сс ( в молярных долях), при которой происходит переход металл - диэлектрик, становится концентрация С с. Значение Сс зависит от избранного значения контактности ( т.е. от дальности отдельного переноса), а также от топологии решетки. При заданных размерности и топологии величина Сс уменьшается с увеличением контактности. Это проиллюстрировано на рис. 1.6.20, на котором приведено семейство кривых, изображающих зависимость вероятности перколяции Ртах от концентрации примеси С в конечной решетке при различных степенях связности. Вероятность перколяции Ртах равна вероятности, с которой примесный узел попадает в наибольший кластер. В случае когда решетка бесконечна, при концентрациях ниже критической Сс вероятность перколяции равна нулю, т.е. Рм 0 при С Сс. В классической теории перколяции рассматриваются лишь пути протекания, и время жизни для них несущественно. В процессах переноса энергии экситонами важную роль играет время; оно определяет дальность переноса и максимальное число допустимых переносов. Для описания таких процессов используется термин динамическая перколяция. [7]
Однако если уменьшать время жизни экситонов, например, за счет увеличения вероятности их безызлучательной рекомбинации, то должен наступить такой момент, когда времени жизни экситонов будет недостаточно для их термолизации. Были исследованы кристаллы двух типов: с большим квантовым выходом люминесценции и с малым квантовым выходом. В кристаллах первого типа спектр люминесценции не зависит от частоты возбуждающего света. Это означает, что до аннигиляции экситонов устанавливается их равновесное распределение по скоростям. [8]
К-1 представляет собой время жизни примесного экситона, a G - преобразование Лапласа зависящей от времени части функции Грина системы, определяющей вероятность пребывания экситона на какой-либо из множества примесных молекул. Уравнение ( 3) описывает данные при Т 4 2 К только в том случае, когда радиус ферстеровского переноса ( см. разд. [9]
 |
Смещение в длинноволновую область полосы люминесценции ко-роткоживущих экситонов в CdS с увеличением длины волны возбуждающего света, Г77 К. OB ( / о в ( 2 шв ( 3. [10] |
Квантовый выход люминесценции, а следовательно, и времена жизни экситонов (7.58) кристаллов второго типа были значительно меньше, чем в кристаллах первого типа. [11]
Соотношение между коэффициентом диффузии D, длиной диффузионного смещения / и временем жизни экситона т зависит от размерности пространства, в котором происходит движение экситона. Длину диффузионного смещения можно грубо определить как среднеквадратичное смещение экситона за время его жизни. [12]
Длина диффузионного смещения / связана определенным соотношением с коэффициентом диффузии D и временем жизни экситона г, для одномерного движения / VZT ( см. разд. Чаще всего для измерения коэффициента диффузии экситонов используют метод сенсибилизированной флуоресценции. Под сенсибилизированной флуоресценцией понимается флуоресценция примесных индикаторных молекул, обычно присутствующих в небольших количествах в основной матрице. Эта флуоресценция возникает при возбуждении не непосредственно самих примесных молекул, а путем переноса энергии возбуждения от основного вещества, которое в данном случае служит как бы антенной. Геометрия таких систем может быть различной. Так, примеси могут быть равномерно распределены по объему или нанесены на поверхность основного кристалла. Исследуется зависимость относительных квантовых выходов флуоресценции основного вещества и примеси, а также времени затухания флуоресценции основного вещества от концентрации примеси и температуры. Из этих исследований, применяя макроскопическую теорию диффузии экситонов, можно извлечь различные динамические характеристики экситонов основного вещества. В качестве основного кристалла при изучении сенсибилизированной флуоресценции в большинстве случаев использовались нафталин и антрацен. [13]
Кроме того, как это видно из (6.72), изучение влияния ловушек на время жизни экситона при разных их малых концентрациях позволяет, в отличие от случая трехмерной диффузии, определить не только произведение DR ( см. формулу (6.67)), но и каждую из величин D и R в отдельности. [14]
Обычно именно ангармонизм колебаний решетки, приводящий к распаду и слиянию фононов, определяет время жизни колебательных экситонов. В кристаллах, где такого рода экситоны наблюдались, ширины их уровней даже при очень низких температурах не бывают меньшими величин порядка 0 1 см 1, что отвечает времени жизни 10 - - 10 сек. В более сложных молекулах времена высвечивания, по-видимому, столь же велики, а времена безызлучательного распада колебательного экситона должны быть, благодаря богатству спектра внутримолекулярных колебаний, еще более короткими. Поэтому, вообще говоря, наблюдение люминесценции колебательных экситонов в настоящее время вряд ли доступно. Что же касается создания достаточно высокой их концентрации, то здесь небесперспективными представляются лишь такие попытки, в которых используются молекулярные кристаллы, состоящие из двухатомных молекул. Это требование обусловлено тем, что, по-видимому, только в такого рода молекулярных кристаллах, обладающих, к тому же, большими частотами внутримолекулярных колебаний 2 и низкими дебаевскими температурами 6, могут быть реализованы максимально возможные времена безызлучательного распада колебательных экситонов. В указанных случаях ( 2: 6) безызлучатель-ная гибель экситона связана с рождением большого числа фононов Np и должна быть относительно менее вероятна. [15]
Страницы: 1 2 3 4