Mustaqil ish mavzu: Eksitonlar Tekshirdi: Sapayev. U. Bajardi: Vohitova. S. Toshkent-2023 Eksitonlar Reja

Eksitonlar
Eksiton (lotincha excito - "qo'zg'ataman") kvazi-zarracha bo'lib, u dielektrik, yarimo'tkazgich yoki metallda elektron qo'zg'alish bo'lib, kristall orqali ko'chib o'tadi va elektr zaryadi va massasini uzatish bilan bog'liq emas. Eksiton- elektron tizimning molekuladan elementar qo'zg'alishi bo'lib, u kristall orqali to'lqin shaklida tarqaladi. Molekulyar eksitonlar molekulyar kristallarning yutilish va nurlanish spektrini aniqlaydi. Wannier-Mott eksitoni elektron va teshikning vodorodga o'xshash bog'langan holatidir. Wannier-Mott eksitonini vodorod atomi uchun Bor formulalari yordamida baholash mumkin. Elektron m_e va teshik m_d ning massa samaradorligi erkin elektronning massasidan m₀ farq qilishini, shuningdek kristalldagi elektron va teshikga kuloning o‘zaro ta’siri borligi sababli E^2 marta zaiflashishini hisobga olsak, muhitning dielektrik o'tkazuvchanligi E quyidagicha ifodalanishi mumkin:



Formulalar (1) kristallning murakkab tarmoqli tuzilishining ta'sirini, elektronlar va teshiklarning fononlar bilan o'zaro ta'sirini hisobga olmaydi. Biroq, bu omillarni hisobga olish E* va a* ning kattalik tartibini o'zgartirmaydi. Shunday qilib, Wannier-Mott eksiton bog'lanish energiyalari elektronning vodorod atomidagi proton bilan bog'lanish energiyasidan ko'p marta kam, qo'zg'alish radiuslari esa kristalldagi atomlararo masofalardan ko'p marta katta. A* ning katta qiymatlari yarimo'tkazgich kristallaridagi eksiton makroskopik shakllanish ekanligini anglatadi va kristallning tuzilishi faqat m * va E * parametrlarini aniqlaydi. Demak, Wannier-Mott eksitoni vakuumda harakatlanuvchi kvazi atom sifatida qaralishi mumkin. Eksiton yoki hatto katta eksiton soni tomonidan kiritilgan kristall strukturaning buzilishlari ahamiyatsiz darajada kichikdir. Ishqoriy metallar galogenidlari va inert gazlar kristallarida E* ~ 0,1-1 eV, a* ~ 10^-7-10^-8 sm va eksiton hosil bo'lishi birlik hujayraning deformatsiyasi bilan kechadi. Wannier-Mott qo'zg'alish yarimo'tkazgichlarning yutilish spektrlarida optik yutilish chetidan pastga E* ga siljigan tor chiziqlar sifatida aniq namoyon bo'ladi. Vannier-Mott qo'zg'atuvchisining vodorodga o'xshash spektri dastlab Cu2O ning yutilish spektrida, keyinroq boshqa yarim o'tkazgichlarda kuzatilgan. Eksiton shuningdek, lyuminesans spektrlarida, fotoo'tkazuvchanlikda, Shtark effektida va Zeeman effektida namoyon bo'ladi. Elektronlarning ishlash muddati qisqa: qo'zg'atuvchini tashkil etuvchi elektron va teshik foton nurlanishi bilan qayta rekombinatsiyalanishi mumkin; masalan, Ge da eksitonning ishlash muddati 10^-5 sek. Eksiton panjara nuqsonlari bilan to'qnashganda parchalanishi mumkin. Elektronlar chastotaga ega bo'lgan fotonlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, yangi kvazizarralar paydo bo'ladi - polaritonlar deb ataladigan aralash eksiton-foton holatlari. Polaritonlarning xossalari (masalan, ularning dispersiya qonuni) elektronlar va fotonlarning xossalaridan tubdan farq qiladi. Elektron qo'zg'alish energiyasini kristalda o'tkazishda polaritonlar muhim rol o'ynaydi, ular qo'zg'alish zonalari hududida yarim o'tkazgichlarning optik spektrlarining xususiyatlarini aniqlaydi va hokazo.
Elektronlar kontsentratsiyasining oshishi bilan ular orasidagi masofa ularning radiusi tartibiga aylanishi mumkin, bu esa elektronlarning yo'q qilinishiga olib keladi.Bu elektron teshik plazmasining "tomchilari" paydo bo'lishi bilan birga bo'lishi mumkin (aralash elektron- teshik suyuqligi). Ge va Si kabi yarimo'tkazgichlarda elektron teshik tomchilarining paydo bo'lishi foton energiyasini kamaytirish yo'nalishiga siljigan yangi keng luminesans chizig'ining paydo bo'lishida namoyon bo'ladi. Elektron-teshik tomchilari bir qator qiziqarli xususiyatlarga ega: past (hajm-o'rtacha) kontsentratsiyada elektronlar va teshiklarning yuqori zichligi, bir hil bo'lmagan maydonlarda yuqori harakatchanlik va boshqalar. Eksitonlarning past konsentratsiyasida ikkita fermiondan (o'tkazuvchanlik elektron va teshikdan) tashkil topgan eksitonni bozon deb hisoblash mumkin. Bu shuni anglatadiki, eksiton Bose kondensatsiyasi (eng past energiya darajasida ko'p miqdordagi eksitonning to'planishi) mumkin. Eksitonning Bose-kondensatsiyasi kristalda o'zgarmas energiya oqimlarining mavjudligiga olib kelishi mumkin. Biroq, o'ta suyuqlikli suyuq geliy yoki o'ta o'tkazgichdan farqli o'laroq, o'ta suyuqlikli Eksiton oqimi o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt emas, balki faqat Eksiton hayoti davomida mavjud bo'lishi mumkin.