Движение - экситон
Cтраница 3
 |
Сравнение различных механизмов теплопроводности. [31] |
Мы уже упоминали об эксито-нах - таком возбужденном состоянии кристаллической решетки, при котором электроны, оставаясь связанными с дырками, способны диф -, фундировать в пределах кристалла. Экситоны возбуждаются при поглощении фотонов; энергия их образования меньше ширины запрещенной зоны Е0, но поскольку дырки и электроны не разделяются, движение экситонов не проявляется в виде тока. Однако экситоны способны диффундировать в направлении градиента концентрации. [32]
Так как в обсуждаемой модели Ra и D я2 / 3тя, соотношение (5.89) отличается от (5.88) лишь численным множителем. Отметим, однако, что ни соотношение (5.88), ни соотношение (5.89) непригодны как для квазиодномерных, так и для квазидвумерщгх систем, в которых движение экситона из-за анизотропии резонансных взаимодействий не является трехмерным. [33]
Такое допущение действительно справедливо для трехмерных систем, однако для двумерных и линейных систем уже не имеет место. К ним мы вернемся позднее, здесь же отметим, что значение величины Р1 может быть раскрыто лишь при использовании каких-либо конкретных модельных представлений о характере движения экситонов и их взаимодействии с примесью. [34]
Можно рассматривать флуктуации, считая, что они вызывают дефази-рование волновой функции экситона, которое делает движение экситона некогерентным. Чем больше параметр - yj, характеризующий нелокальные флуктуации взаимодействия ближайших соседей, по отношению к величинам 7о и ( 0 т, тем в большей степени движение экситона некогерентно. [35]
Таким образом, в рассматриваемом приближении, когда учтены только линейные по Ъ и Ъ члены в операторе Йеъ, локальная деформация сопровождается смещением равновесных положений осцилляторов решетки, причем это смещение зависит как от общего числа экситонов, так и от их взаимного расположения. В соответствии со сказанным можно заключить, что оператор В приводит к рождению экситона на узле п вместе с соответствующей равновесной деформацией ( мы здесь следуем [156], используя результаты рассмотрения поляро-нов малого радиуса), наличие же в гамильтониане И слагаемых с матричными элементами М т приводит к движению экситона по решетке. [36]
Перенос тепла в кристаллах может осуществляться несколькими механизмами. Kg - фононная теплопроводность, обусловленная переносом тепла за счет тепловых колебаний атомов кристаллической решетки; ке - электронная ( дырочная) теплопроводность, обусловленная переносом тепла свободными носителями ( в том числе и дырками); хбп - биполярная теплопроводность за счет движения пар электрон - дырка в области собственной проводимости; хфот - фотонная теплопроводность за счет переноса тепла излучением; хэкс - экситонная теплопроводность, обусловленная движением экситонов. [37]
В этом предельном случае волновой вектор экситона уже не является хорошим квантовым числом, так что зонная картина экситонного спектра перестает быть пригодной. Вместо этого под влиянием экситон-фононного взаимодействия происходит локализация экситона на узле решетки, а его движение приобретает характер случайных перескоков с одного узла на другой. Фактически такой характер движения экситона, следующий ив чисто интуитивных соображений, в работе Трлифая [223] постулировался. Однако в дальнейшем, в результате интенсивных усилий многих теоретиков, занимавшихся формально аналогичной проблемой подвижности поляронов малого радиуса ( обзор исследований см. в [156, 405]), такая картина движения экситона в указанном предельном случае оказалась последовательно обоснованной. Существенно также, что развитая в [ 1561 теория может быть с той или иной точностью использована и для изучения подвижности экситонов при произвольной силе экситон-фононного взаимодействия. Необходимость в соответствующих расчетах имеется уже сейчас и будет возрастать по мере развития экспериментальных исследований диффузии как сингл етных, так и трип-летных экситонов в молекулярных кристаллах. [38]
Термин экситон, впервые предложенный Френкелем ( 1931, 1936), часто используется для описания как резонансной миграции энергии, так и фотопроводимости. Экситон - это пара электрон - дырка. Резонансная миграция энергии может быть описана как движение внутримолекулярного экситона - электрон и дырка остаются в одной и той же молекуле; миграция протекает без разделения зарядов. Межмолекулярный экситон, напротив, влечет за собой разделение положительных и отрицательных зарядов; оба остаются в твердой фазе, но разделяются на дистанции много больше молекулярного диаметра. Под влиянием электрических сил такой экситон может диссоциировать и заряды уходят из системы. В настоящее время резонансная миграция энергии кажется более подходящей для описания механизма первичных процессов при фотосинтезе. [39]
В действительности из экспериментальных данных можно получить лишь величину DR, хотя обычно принимается, что R - 10 - 7 см. Если X R, то соотношение (1.6.3.03) не выполняется, и можно считать, что величина К в соотношении (1.6.3.03) пропорциональна av, где v - скорость экситона и о - эффективное сечение захвата; при низких температурах, возможно, X R. Константа скорости К определяется числом прыжков п, которое проделает экситон за время жизни, не возвращаясь в один и тот же узел решетки дважды. Если вероятность столкновения равна единице, то при движении по трем направлениям К л; таким образом, за время жизни синглетный экситон совершает 105 прыжков, что указывает на важную роль движения экситонов в переносе энергии возбуждения к различным молекулам. [40]
При взаимодействии с дефектами домена свободный экситон локализуется. Локальный экситон, соответствующий средней связи, охватывает несколько соседних молекул жидкости и объединяет их в возбужденный агрегат - зксимер. Вследствие резонансного взаимодействия эксимера с окружающими невозбужденными молекулами в его окрестности повышается ориен-тационный ближний порядок. Движение локального экситона представляет последовательный переход состояния эксимера на ближайшие соседние молекулы. Вместе с локальным экситоном в жидкости распространяется и состояние локальной упорядоченности - ориентон [5], который защищает экситон от тушащих тепловых соударений. [41]
Это возбужденное состояние соответствует экситону в двухчастичной схеме. Заметим, что оптическое возбуждение является не единственным процессом, приводящим к созданию таких возбужденных состояний. Например, электрон с большой энергией также может создать экситон. В двухчастичной схеме волновой вектор экситона К kG feh - Как было отмечено ранее, потенциал для движения ЦМ экситона является трансляционно инвариантным, даже когда электрон притянут к дырке. Поэтому К оказывается хорошим квантовым числом. [43]
 |
Спектры поглощения ( / и флуоресценции ( 2 растворов антрацена ( а и тетрацена ( б в нафталине. [44] |
Если пренебречь тонкими эффектами, связанными с рассмотрением промежуточных экситон-фотонных состояний, т.е. поляритонов [179, 231], то волну, соответствующую экситону, в начальный момент можно представить как некоторую область возбуждения в кристалле, размер которой сравним с длиной волны возбуждающего света. Сначала волновые функции всех возбужденных молекул в этой области имеют вполне определенные фазовые соотношения. Из-за взаимодействия молекул кристалла область возбуждения движется по кристаллу. Если при этом все фазы остаются скоррелированными, то возбуждение распространяется подобно волне, и говорят, что движение экситона когерентно. В этом случае квантовые числа, характеризующие экситон, не меняются; например, волновой вектор k является хорошим квантовым числом, и направление распространения сохраняется. Из-за взаимодействия с колебаниями решетки и несовершенствами кристалла возникают переходы между различными экситонными состояниями и когерентность экситонов нарушается. [45]
Страницы: 1 2 3 4