Exciton

Eksitoni ( latinaksi  excito  - "kiinnitän") on kvasihiukkanen , joka on elektroninen viritys dielektrissä , puolijohteessa tai metallissa [1] , joka kulkee kiteen läpi ja ei liity sähkövarauksen ja massan siirtoon . Neuvostoliiton fyysikko Ya. I. Frenkel esitteli eksitonin käsitteen ja itse termin vuonna 1931, hän kehitti myös eksitonien teorian [2] [3] [ 4 ] [6]) Neuvostoliiton fyysikot Karryev N.A., E.F. Gross , tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin vuonna 1952 [7] . Se on elektronin ja reiän sidottu tila . Tässä tapauksessa sitä tulee pitää itsenäisenä alkeishiukkasena (pelkistymättömänä) tapauksissa, joissa elektronin ja reiän vuorovaikutusenergia on samaa suuruusluokkaa kuin niiden liikkeen energia ja kahden eksitonin välinen vuorovaikutusenergia on pieni verrattuna kunkin niistä energiaa. Eksitonia voidaan pitää alkeishiukkasena niissä ilmiöissä, joissa se toimii kokonaisena muodostelmana, joka ei ole alttiina sitä tuhoaville vaikutuksille.

Eksitonia voidaan esittää johtumiselektronin ja reiän sidottuna tilana, joka sijaitsee joko samassa kidehilan kohdassa ( Frenkel-eksitoni , a * < a 0 , a *  on eksitonin säde, a 0  on hilan jakso) , tai etäisyyksillä, jotka ovat paljon suurempia kuin atomien välinen ( Wannier-Mott-eksitoni , a * ≫ a 0 ). Puolijohteissa on korkeasta dielektrisyysvakiosta johtuen vain Wannier-Mott-eksitoneja. Frenkel-eksitonit soveltuvat ensisijaisesti molekyylikiteille [8] .

Excitonisiirtymiin perustuvat puolijohdelaitteet

Bulkkipuolijohteissa eksitonitilat ilmaantuvat vasta näytteiden syvälle jäähtyessä, mikä estää niiden käyttöä. Päinvastoin ohutkalvopuolijohderakenteissa eksitonitilat näkyvät hyvin huoneenlämmössä. Muuttamalla nanorakenteiden kokoa määrätyllä tavalla on mahdollista muuttaa eksitonien sitoutumisenergiaa ja muita parametreja ja siten ohjata eksitoneja pieniulotteisissa rakenteissa ja luoda laitteita, jotka perustuvat eksitonien fysikaalisiin prosesseihin [9] [10] .

Näin ollen on kehitetty laite, joka yhdistää sähköoptisen kytkimen ja eksitonisiirtymään perustuvan säteilyilmaisimen toiminnot. Sen toimintaperiaate on, että galliumarsenidin ohuissa kerroksissa olevien eksitonien absorptiospektri poikittaissähkökentässä siirtyy punaiselle alueelle Stark-ilmiön vuoksi järjestelmässä, jossa on kvanttirajoituksia. Muuttamalla absorptiota ulkoinen jännite voi moduloida puolijohteen läpi kulkevan valon voimakkuutta eksitonisiirtymän taajuudella.

Säteilyn havaitseminen johtuu säteilyn aiheuttaman resonanssivirityksen aikana muodostuneiden eksitonien elektroneiksi hajoamisesta ja aukoista [11] .

On luotu muitakin laitteita, joissa tiedonkäsittelyvälineenä toimii eksitonikaasu elektronikaasun sijaan: optiset modulaattorit, vaiheensiirtimet, kytkimet, optinen transistori[12] [13] ja laserit [14] .

Excitonics

Tieteen ja tekniikan alaa, joka tutkii eksitonien ominaisuuksien käyttöön perustuvia teknisiä laitteita, kutsutaan eksitoniikaksi.

Muistiinpanot

1. ↑ Fyysikot löysivät ensin eksitonit metallista
2. ↑ Frenkel I, 1931 .
3. ↑ Frenkel II, 1931 .
4. ↑ Frenkel Ya. I. Valon absorptiosta sekä elektronien ja positiivisten reikien kiinnittymisestä kiteisiin dielektrikoihin // Journal of Experimental and Theoretical Physics. - 1936. - T. 6 . - S. 647 .
5. ↑ Alferov Zh. I. Kaksoisheterorakenteet: käsite ja sovellukset fysiikassa, elektroniikassa ja tekniikassa (Nobel-luento. Tukholma, 8. joulukuuta 2000)  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Venäjän tiedeakatemia , 2002. - T. 172 , nro 9 . - S. 1072 . (Venäjän kieli)
6. ↑ Silin, 1999 .
7. ↑ Gross E. F., Karryev N. A. Kuparioksidikiteen valon absorptio spektrin infrapuna- ja näkyvissä osissa // Neuvostoliiton tiedeakatemian raportit. - 1952. - T. 84 . - S. 261 .
   Gross E. F., Karryev N. A. Excitonin optinen spektri // Neuvostoliiton tiedeakatemian raportit. - 1952. - T. 84 . - S. 471 .
8. ↑ Kittel C. Johdatus kiinteän olomuodon fysiikkaan. - M .: Nauka, 1978. - S. 639. - 791 s.
9. ↑ Beljavski V.I. Eksitonit matalaulotteisissa järjestelmissä  // Sorosin koulutuslehti . - 1997. - Nro 5 . - S. 93-99 .
10. ↑ Dneprovski V.S. , Zhukov E.A. , Mulyarov E.A. , Tikhodeev S.G. Eksitonien lineaarinen ja epälineaarinen absorptio dielektrisessä matriisissa kiteytetyissä puolijohdekvanttilangoissa  // ZhETF . - 1998. - T. 113 , nro 2 (8) . - S. 700-710 . — ISSN 0044-4510 .
11. ↑ Dneprovskiy V.S. Eksitonit lakkaavat olemasta eksoottisia kvasipartikkeleita  // Soros Educational Journal . - 2000. - T. 6 , nro 8 . - S. 88-92 .
12. ↑ Andreakou P. et. al. Optisesti ohjattu eksitoninen transistori  (englanniksi)  // Applied Physics Letters  : Journal. - 2014. - Vol. 104 , no. 9 . — P. 091101 . - doi : 10.1063/1.4866855 .
13. ↑ Kuznetsova YY et. al. Täysoptinen eksitoninen transistori  (englanniksi)  // Optics Letters  : Journal. - 2010. - Vol. 35 , ei. 10 . - s. 1587-1589 . - doi : 10.1364/OL.35.001587 . — PMID 20479817 .
14. ↑ Lozovik Yu. E. . Eksitonien ja fononilaserin Bose-kondensaatin ohjaus  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Venäjän tiedeakatemia , 2001. - T. 171 , nro 12 . - S. 1373-1376 . — ISSN 0042-1294 . - doi : 10.3367/UFNr.0171.200112i.1373 .  (Venäjän kieli)

Kirjallisuus

• Silin A.P. Exciton // Physical Encyclopedia  : [5 osassa] / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskooppiset laitteet - Kirkkaus. — S. 501-504. — 692 s. - 20 000 kappaletta.  — ISBN 5-85270-101-7 .
• Brandt N. B. , Kulbachinsky V. A.  - Kvasipartikkelit kondensoidun aineen fysiikassa. - M .: FIZMATLIT, 2005
• Agranovich V. M. , Ginzburg V. L. Kristallioptiikka, jossa huomioidaan spatiaalinen dispersio ja eksitonien teoria, M., 1965
• Knox R. Eksitonien teoria, M., Mir, 1966
• Voronov V. K. , Podoplelov A. V. Moderni fysiikka, M., KomKniga, 2005, ISBN 5-484-00058-0
• J. Frenkel. Valon muuttumisesta lämmöksi kiinteissä aineissa. I  (eng.)  // Physical Review  : Journal. - 1931. - Voi. 37 , no. 1 . - s. 17-44 .
• J. Frenkel. Valon muuttumisesta lämmöksi kiinteissä aineissa. II  (englanniksi)  // Physical Review  : Journal. - 1931. - Voi. 37 , no. 10 . - s. 1276-1294 .

Katso myös

• Frenkel exciton
• Exciton Wannier-Motta
• kvanttikaasu
• 2D elektronikaasu

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa) Britannica (verkossa) Universalis
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4016091-9 J9U : 987007562707505171 LCCN : sh85046245 NKC : ph120085