Теория экситонов - Агранович В.М.
Скачать (прямая ссылка):
экситонов, - все это, несомненно, будет привлекать внимание
исследователей в течение ближайших лет.
В кристаллах с различным типом связи, как правило, при
интерпретации многих экспериментальных данных приходится
использовать различные модели экситонов. Наиболее популярными
моделями экситонов являются экситоны Френкеля и экситоны Ванье
- Мотта. Наглядно эти возбуждения можно себе представить как
переходящее от узла к узлу возбужденное состояние молекулы
(экситоны Френкеля) или движущаяся связанная пара электрон -
дырка (экситон Ванье - Мотта). В то же время, независимо от
модели, экситоны обладают целым рядом общих черт. Выявлению
этих общих черт была, в частности, посвящена монография В. Л.
Гинзбурга и автора "Кристаллооптика с учетом пространственной
дисперсии и теория экситонов" (1965 г.). В ней рассмотрены с
единой точки зрения некоторые аспекты теории экситонов в их
связи с оптикой кристаллов. Однако рассмотрение это в основном
было феноменологическим, и, кроме того, в книге не обсуждались
сколько-нибудь подробно методы расчета энергии экситонов,
эффекты экситон-фононного взаимодействия, перенос энергии
экситонами, нелинейные оптические
8
ПРЕДИСЛОВИЕ
эффекты в кристаллах, коллективные свойства экситонов и ряд
других вопросов, для рассмотрения которых приходится
использовать конкретные модели экситонов. Их обсуждению как
раз и посвящена настоящая книга. Хотя в ней основное внимание
уделяется изложению микроскопической теории экситонов, в
некоторых случаях был использован феноменологический подход,
позволяющий лучше оттенить те свойства экситонов, которые не
зависят от модели.
При изложении материала принято во внимание то
обстоятельство, что в недавно вышедшей монографии Нокса
"Теория экситонов" (1963 г.) сравнительно подробно рассмотрено
состояние теории экситонов Ванье - Мотта, а также теории
экситонов в тех кристаллах, где осуществляются "промежуточные"
модели. Поэтому в предлагаемой ныне книге особенно большое
внимание уделено систематическому изложению теории экситонов
Френкеля. Однако результаты рассмотрения ряда других вопросов,
затронутых в книге, таких, например, как теория эффектов
запаздывания, феноменологическая теория переноса энергии
экситонами, феноменологическая теория поверхностных экситонов,
теория нелинейных поляризуемостей в экситонной области спектра
и некоторые другие, носят более общий характер и могут быть
использованы применительно к экситонам произвольной структуры.
Сравнительно быстрые темпы развития теории экситонов
обусловлены не только успехами и новыми возможностями
эксперимента, но также все более широким использованием в
теории твердого тела методов квантовой электродинамики. Кроме
того, появился интерес к исследованию качественно новых
объектов, таких, например, какими являются смешанные кристаллы
и биополимеры, теория спектров которых в последнее время лишь
начала развиваться.
Все это позволяет надеяться, что выпуск этой книги, где
предпринята попытка достаточно подробно осветить современное
состояние ряда проблем теории экситонов, будет оправдан.
Большинство вопросов, затронутых в этой книге, ранее практи-
чески не было отражено в монографической литературе. Поэтому,
вероятно, при их изложении в книге могли быть допущены
неточности или же некоторые вопросы могли оказаться
рассмотренными недостаточно полно. Автор будет благодарен за
любые критические замечания, которые он в какой-то форме
надеется учесть в дальнейшем.
Автор признателен Ю. В. Конобееву за помощь, оказанную им
при написании § 4 гл. IV, а также за просмотр рукописи, ценные
советы и замечания. При подготовке рукописи книги существенную
роль сыграли также советы и замечания, сделанные В. Л.
Гинзбургом, М. Д. Галаниным, А. С. Давыдовым, М. А. Мехтиевым
и Р. А. Сурисом. Всем им автор приносит свою искреннюю
благодарность.
В. М. Агранович
ВВЕДЕНИЕ
В конденсированных системах молекулы, атомы, ионы, электроны
являются только единицами строительного материала. Благодаря
сильному взаимодействию между этими частицами каждая из них не
совершает, строго говоря, какие-то свои независимые
индивидуальные движения. На смену этим движениям приходят
квазичастицы - кванты коллективного движения конденсированной
среды, которые имеют огромное значение в современной физике
твердого тела.
В настоящее время в кристаллах известно большое количество
квазичастиц, каждая из которых проявляется при исследовании
различных физических свойств кристалла. Экситоны, рассмотрению
которых посвящена эта книга, как раз и являются одним из
примеров квазичастиц, возникающих при квантовомеханическом
изучении коллективных движений электронов.
Основы теории экситонов были сформулированы Френкелем, Пай-
ерлсом и Ванье [1--5] более тридцати лет назад. С тех пор эта
теория обогатилась целым рядом новых черт. Кроме того, главным
образом в течение последних пятнадцати лет, эта теория была
