Диффузия - экситон
Cтраница 2
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. [16]
Таким образом, рассматриваемая модель, как и теория Трлифая при высоких температурах, приводит с ростом Т к экспоненциальному возрастанию коэффициента диффузии экситона. Если же Т - 0, то найденное выше значение D стремится к нулю, что связано с резким уменьшением числа реальных фононов. Следует, однако, учесть, что при достаточно низких температурах экситоны могут стать когерентными. [17]
Из сказанного следует, что везде, за исключением переходной области температур, где & БГ Йа) ДО), температурная зависимость коэффициента диффузии свободного экситона такая же, какой она была получена при учете лишь рассеяния на акустических фононах. В переходной же области происходит как бы только изменение константы экситон-фононного взаимодействия. В молекулярных кристаллах, где частоты оптических межмолекулярных колебаний могут составлять величину порядка нескольких десятков обратных сантиметров, указанные аномалии, обусловленные при понижении температуры выключением механизма рассеяния экситона на оптических фононах, могут иметь место при температурах порядка десятков градусов Кельвина. При этом с понижением Т должно наблюдаться аномальное повышение коэффициента диффузии экситона. [18]
Основная трудность, свойственная этому методу, связана с необходимостью использовать соотношение вида (7.2), устанавливающее связь между изменением времени затухания люминесценции i и коэффициентом диффузии экситона D. VI подчеркивалось, что это соотношение отнюдь не является универсальным. Не говоря уже о том, что в этом соотношении не учтена реабсорбция света флуоресценции ( для достаточно тонких образцов это обосновано), при записи соотношений вида (7.2) всегда приходится делать некоторые априорные допущения о механизме захвата экситона примесью, а также относительно соотношения между эффективным радиусом захвата и длиной свободного пробега экситона I ( для некогерентных экситонов Z порядка постоянной решетки; соотношение (7.2), как указывалось, обосновано, если R Z, иные ситуации обсуждались в гл. [19]
Наличие примесей и дефектов структуры кристалла приводит к дополнительному рассеянию экситонов, которое, так же как и рассеяние на фононах, необходимо учитывать при изучении диффузии экситонов. [20]
Из формулы ( 3) следует, что при D2 ( T) Di ( T) в некоторой области температур может наблюдаться с повышением температуры не уменьшение коэффициента диффузии свободных экситонов, а наоборот, его возрастание. Если величина А мала и имеет порядок kT, то при D Dl в соответствии с ( 3) D ( T) при низких Т сначала уменьшается с ростом температуры, при T A / k резко возрастает, а при ГД / / г снова падает. Из сказанного следует, что в некоторых благоприятных случаях изучение температурной зависимости коэффициента диффузии свободных экситонов может позволить оценить расстояние между экситонными зонами. [21]
 |
Температурная зависимость скорости переноса энергии в нафталине. [22] |
Эти авторы показали ( рис. 7.6), что в интервале температур 6 - 100 К отношение B BQ изменяется по закону BJBQ - 1 / V который соответствует зависимости от Т коэффициента диффузии когерентных экситонов ( см. гл. [23]
Правда, этот же эксперимент указывает, что величина D для трип-летных экситонов в антрацене с ростом Т ( в интервале температур 100 - 400 К) падает, так что вопрос о механизме диффузии экситонов в указанном случае по-прежнему остается открытым. [24]
Впервые представления о диффузионном характере движения экситонов были использованы для интерпретации экспериментов в работе Ю. И. Карханина и В. Е. Лашкарева [26] ( для расчета зависимости интенсивности поверхностной аннигиляции экситонов в Си20 от коэффициента поглощения возбуждающего света / с), в работе А. Н. Файдыша [27] для расчета зависимости от k скорости захвата экситонов в молекулярных кристаллах [28] примесями, а также в работе [29] ( при оценке для антрацена контролируемой диффузией экситонов скорости их захвата примесью нафтацена; см. гл. В дальнейшем в [30, 31] было сформулировано более общее интегродифференциальное уравнение для концентрации экситонов, в котором, наряду с диффузией экситонов, учтено также изменение их концентрации, обусловленное реабсорцией света люминесценции. [25]
Диффузия экситонов ( процесс IX) в чистых органических кристаллах характеризуется высокой эффективностью, но так как она не приводит к потери или уменьшению энергии возбуждения, то не влияет на те технические характеристики вещества, которые мы здесь рассматриваем. Диффузия экситонов является, однако, важным процессом при рассмотрении явлений на поверхности и переноса энергии в смешанных кристаллах. [26]
Наконец, свет может перевести электрон в одно из дискретных состояний, лежащих ниже свободной полосы, где электрон, оставаясь связанным с освобожденным им уровнем, не участвует в электропроводности. Только в результате диффузии экситона в кристалле и передачи энергии примесному электрону или сообщения ему дополнительной тепловой энергии одна из составных его частей - электрон или дырка - переходите соответственную зону уровней кристалла и повышает концентрацию носителей тока. [27]
Наконец, свет может перевести электрон в одно из состояний возбуждения, лежащих ниже свободно полосы, где электрон, оставаясь связанным с освобожденным им уровнем, не участвует в электропроводности. Только в результате диффузии экситона в кристалле и передачи энергии примесному электрону или сообщения ему дополнительной тепловой энергии одна из составных его частей - электрон или дырка - переходит в соответственную зону уровней кристалла и повышает концентрацию носителей тока. [28]
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. [29]
Страницы: 1 2 3 4