Время - жизнь - экситон
Cтраница 3
Имеется также еще другой интересный вопрос, заслуживающий дальнейшего изучения. Время затухания ( т0ж) 0 для данной молекулы в кристалле, которое соответствует времени жизни экситона, иногда оказывается значительно больше, чем та же величина для той же молекулы в растворе. [31]
 |
Схема процесса термализации экситонов. [32] |
Кинетическая энергия экситонов после их взаимодействия только с LO-колебаниями кристаллической решетки может сильно отличаться от средней кинетической энергии частиц при заданной температуре. В дальнейшем начинает проявляться более медленный процесс взаимодействия экситонов с акустическими фононами и за время Та может установиться их равновесное распределение по уровням энергии, если время жизни экситонов т будет не меньше та. [33]
Подобно тому, как это имеет место для электронов в полупроводниках [236], т есть время, равное примерно времени свободного пробега экситона относительно столкновений с фононами. Обычно достаточно нескольких столкновений для того, чтобы экситоны в зоне пришли в состояние термодинамического равновесия с фононами. Таким образом, если время жизни экситона значительно превышает время т, экситоны перед гибелью, обусловленной либо превращением в свет, либо, например, захватом примесной молекулой, можно считать, как уже неоднократно указывалось, находящимися в состоянии термодинамического равновесия с решеткой. [34]
Наличие в кристаллофосфоре подобных ловушек электронов, естественно, существенно увеличивает длительность люминесцентного свечения. Заметим, что длительность люминесценции связана не только с ловушками, но и с рядом других факторов. Например, она связана с временем жизни экситонов. [35]
Взаимодействие с излучением Жмк для этих состояний осуществляется посредством слабой квадру-польной связи. Поглощение света достаточно мало, чтобы можно было пренебречь поляритонными эффектами и считать волновой вектор фотона хорошо определенным. Но все же взаимодействие достаточно сильно по сравнению с временем жизни экситонов, так что резонансное усиление рассеяния отчетливо наблюдается. Кроме того, поскольку поглощение мало, рассеяние происходит в объеме кристалла, и правила отбора могут быть однозначно использованы для проверки теоретических предсказаний. [36]
Из формулы (18.10) следует, что если бы число фононов Nq не зависело от концентрации биэкситонов, то квадратичная зависимость пм от пэ наблюдалась бы при любом уровне возбуждения. Такие условия создаются в процессе затухания послесвечения. В германии, например, время жизни фононов значительно больше времен жизни экситонов и биэкситонов. [37]
Таким образом, значения / г0 лежат в области используемых в экспериментах концентраций примеси. Нам не известно, однако, чтобы этот эффект нелинейной зависимости времени жизни экситона от концентрации примеси ( акцептора) где-либо принимался во внимание. [38]
Статическая модель протекания предполагает, что имеется предельное значение расстояний, на которые может происходить перенос энергии, и пренебрегает динамикой переноса внутри кластеров примесных молекул. Таким образом, для любого кластера, который содержит сверхловушку, вероятность захвата примесного экситона равна единице независимо от того, в какую часть этого кластера попадает экситон. Если условие сверхпередачи ослаблено таким образом, что не все экситоны в кластере, который содержит сверхловушку, будут захвачены, поскольку имеются ограничения, накладываемые конечностью времени жизни экситона и конечностью скорости переноса, то в этом случае говорят о квазистатическом протекании. Термин динамическое протекание применяется в том случае, когда учет времени жизни играет существенную роль в определении как расстояния, на которое происходит перенос, так и максимального числа возможных шагов. Триплетные экситоны в системе C ] 0Hg - C ] 0Dg имеют большое время жизни, и исследование их миграции требует применения динамической модели ( см. разд. Для синглетных экситонов Джентри и Копельман [88, 89] показали, что квазистатическая модель протекания согласуется с экспериментальными данными, которые получены при 7 1 8 К, но не может дать объяснения результатам, соответствующим 4 2 К. С другой стороны, двумерные континуальные модели [26, 157] согласуются с экспериментальными результатами при Т 4 2 К, но не соответствуют данным при Т 1 8 К. [39]
Освещение кристалла осуществляется через такие полупрозрачные электроды светом с длиной волны, отвечающей переходу в первое возбужденное синглетное состояние. На глубине проникновения поглощаемого света создаются экситоны, которые распадаются частично излучательным образом. Испускаемый флуоресцентный свет может реабсорбироваться в кристалле дальше, при этом он проходит в такие области, которых нельзя достичь при диффузии экситонов. Явление реабсорбции флуоресценции затрудняет определение времени жизни экситона. Как указал Бирке [33, 35], существует большая вероятность, что флуоресценция поглощается преимущественно не обычными, а дефектными узлами кристалла антрацена. Это связано с тем, что длины волн флуоресценции в основном больше длин волн, соответствующих переходу 0 - 0, 50 - S; большие же длины волн сильнее поглощаются молекулами дефекта. Такие молекулы, однако, стремятся захватить энергию возбуждения; поэтому, поскольку речь идет о времени жизни подвижных экситонов, оно остается близким к 10 не. [40]
Серьезная проблема возникает при использовании формулы (2.7.1.94), если освобождение носителей из ловушек осуществляется экситонами. В этом случае из-за диффузии зкситонов и тушения на поверхности пространственное распределение экситонов может отличаться от профиля поглощения света. Наиболее серьезные ошибки возникают на расстояниях, расположенных в интервале между х 0 и х LD, где LD - длина диффузии экситона. Уравнение (2.7.1.94) применимо, если концентрация центров тушения экси - TOHQB настолько высока, что время жизни экситонов определяется скоростью их тушения, и если центры тушения распределены пространственно однородно. [41]
Выше при обсуждении особенностей переноса энергии экси-тонами наличие границы кристалла было учтено лишь однажды, а именно в гл. В диффузионном приближении влияние границы характеризуется скоростью поверхностной аннигиляции экситона v ( см. ( 6.1 а)), являющейся некоторой феноменологической величиной, для расчета которой требуется выход за рамки диффузионного приближения. Однако независимо от этого обстоятельства, которое подчеркивалось и ранее, наиболее интересным моментом, возникающим в связи с влиянием поверхности кристалла ( или же границы раздела сред)) на диффузию и время жизни экситонов, является сильная зависимость величины v от электронной структуры приповерхностного слоя молекулярного кристалла, а также от электронной структуры среды, с которой молекулярный кристалл граничит. Особенно интересным в этой связи является изучение различных физических явлений, возникающих на границе молекулярный кристалл-металл или узкозонный полупроводник. В этом случае экситоны в области границы двух сред могут гибнуть, взаимодействуя с континуумом состояний электронов проводимости. Анализ возникающих при этом эффектов важен не только для физики экситонов, но представляет и более широкий интерес в связи с некоторыми тенденциями развития современного материаловедения. [42]
В константу Ъ входит эффективное сечение образования экситона. В аналогичное уравнение Для dnc / dt входит коэффициент оптической генерации носителей. В стационарном режиме возбуждения мы имеем dnx / dt О, откуда следует, что пЦпх - п l / Tjr Величина л есть константа равновесия для частиц с бесконечным временем жизни, а i / 6tiJ - поправка к ней, учитывающая то, что оно конечно, Эксперименты прказадй. С температурой, равной температуре решетки, за эремя, малое. В црямозонных кристаллах, где время жизни экситонов обыкновенно составляет около Г не, квазиравновесие между свободными носителями, экритонами и решеткой, возможно, никогда не достигается. [43]
Для краткости будем называть их просто поляритонами. Чтобы понять важность поляритонного подхода, пренебрежем этим эффектом и рассмотрим, насколько хорошо теоретические результаты согласуются с экспериментальными. В таком приближении процесс излучения представляет собой просто излучательный распад экситонов на фотоны. Поскольку в этом процессе должен сохраняться волновой вектор, только экситоны с волновым вектором fe, равным волновому вектору фотона ( т.е. k 0), могут превращаться в фотоны. В сущности, при пренебрежении затуханием спектр излучения должен быть дельта-функцией при энергии, соответствующей основному состоянию экситона. Если учесть затухание, обусловленное временем жизни экситона, то спектр излучения должен иметь лоренцеву форму. Последнее заключение противоречит экспериментальным результатам для большинства образцов высокого качества при низких температурах. Очень часто наблюдаемые спектры излучения свободных экситонов имеют асимметричную форму линии, весьма отличную от лоренцевой. [44]
Предполагается, что обе скорости не зависят от спинового состояния, тогда как скорость перехода в конечное состояние зависит от внешнего магнитного поля. Рассуждая так же, как в случае аннигиляции триплетных экситонов, и учитывая, что конечное спиновое состояние является дублетом, можно записать скорость перехода из данного промежуточного состояния в конечное состояние в виде произведения скорости, не зависящей от состояния, на долю дублетной компоненты в этом промежуточном состоянии. Так как три спиновых состояния триплета комбинируют с двумя спиновыми состояниями дублета, возможны шесть состояний промежуточной пары. Влияние магнитного поля на константу скорости тушения у появляется из-за зависящего от поля распределения дублетной компоненты по шести состояниям промежуточной пары. При Н 0 все шесть состояний имеют одну и ту же долю дублетной компоненты, а именно 1 / 3, тогда как в сильном поле произвольной ориентации дублетная компонента сосредоточивается только на четырех невырожденных состояниях. Таким образом, как и наблюдалось экспериментально, константа у ( Н) монотонно убывает с увеличением напряженности поля. Уменьшение эффективности канала тушения триплетных экситонов сопровождается увеличением времени жизни экситонов. Если центры тушения являются парамагнитными, увеличение времени жизни можно легко наблюдать по измерению интенсивности замедленной флуоресценции при наложении внешнего магнитного поля и без него. [45]
Страницы: 1 2 3 4