Exciton
在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，Exciton（激子）是一個(gè)重要概念，其du特性質(zhì)與行為在諸多科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用中扮演關(guān)鍵角色。
從本質(zhì)上講，激子是由一個(gè)電子和一個(gè)正空穴（即價(jià)帶中的空電子態(tài)）組成的復(fù)合體。當(dāng)價(jià)帶中的電子吸收足夠能量（如吸收光子）躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，價(jià)帶中便留下空穴。由于電子帶負(fù)電，空穴帶正電，兩者之間因庫(kù)侖吸引作用形成激子。激子整體呈電中性，雖不參與導(dǎo)電過程，但能在非金屬晶體中自由移動(dòng)，不過這也導(dǎo)致其檢測(cè)頗具難度，通常需借助間接手段實(shí)現(xiàn)。
激子可大致分為萬尼爾（Wannier）激子和弗倫克爾（Frenkel）激子。萬尼爾激子中，電子和空穴分布范圍較大，庫(kù)侖束縛較弱，電子主要受平均晶格勢(shì)與空穴庫(kù)侖靜電勢(shì)影響，常見于半導(dǎo)體材料；弗倫克爾激子的電子和空穴則束縛在體元胞范圍內(nèi)，庫(kù)侖作用較強(qiáng)，多存在于絕緣體中。
在光躍遷過程里，被激發(fā)到導(dǎo)帶的電子與價(jià)帶空穴因庫(kù)侖相互作用形成激子態(tài)，這一過程對(duì)半導(dǎo)體光學(xué)特性意義重大。在半導(dǎo)體吸收光譜中，除常規(guī)帶間吸收產(chǎn)生的連續(xù)譜吸收區(qū)外，還能觀測(cè)到由激子吸收導(dǎo)致的分立吸收譜線，其能譜結(jié)構(gòu)與氫原子吸收譜線類似。自由激子作為整體可在半導(dǎo)體中移動(dòng)，是一種電中性、非導(dǎo)電性的電子激發(fā)態(tài)。
激子的能級(jí)分立，分布在禁帶中靠近導(dǎo)帶底區(qū)域，對(duì)晶體光吸收長(zhǎng)波影響顯著，會(huì)產(chǎn)生新的吸收帶，借此還可測(cè)得激子結(jié)合能，即激子基態(tài)能級(jí)與導(dǎo)帶底的能量差值。例如，GaAs 中激子結(jié)合能為 4.2 毫電子伏，而氯hua鉀晶體中該值達(dá) 400 毫電子伏。當(dāng)激子中的電子與空穴復(fù)合時(shí)，原本的原子狀態(tài)恢復(fù)，激子消失，此時(shí)激子能量可能轉(zhuǎn)化為光輻射，也可能轉(zhuǎn)移給固體中相鄰原子的電子，若后者發(fā)生，便會(huì)產(chǎn)生新的激子。
在實(shí)際應(yīng)用方面，激子發(fā)光是一些發(fā)光二極管和特殊發(fā)光器件的重要發(fā)光機(jī)制。尤其在間接帶半導(dǎo)體材料及低維結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料制成的發(fā)光二極管中，激子發(fā)光躍遷作用關(guān)鍵。如氮化物材料制成的藍(lán)綠光和紫外光發(fā)光二極管，盡管其中缺陷濃度較高，但因局域化激子復(fù)合幾率高，使載流子在到達(dá)非輻射復(fù)合中心前就通過激子復(fù)合發(fā)光，顯著提高了發(fā)光效率。
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