Квантовая теория твердых тел - Пайерлс Р.
Скачать (прямая ссылка):
в. Захват. Электрон может потерять свою подвижность и без возвращения
в нижнюю полосу, а именно благодаря захвату. Примером может служить
состояние, которое упоминалось в гл. 9, § 4. В этом состоянии решетка
деформируется под влиянием силы, создаваемой электроном в некотором
фиксированном положении, в результате чего образуется притягивающий центр
для электрона. Этот процесс называется "автолокализацией" (self-
trapping). В то время как с теоретической точки зрения весьма вероятно,
что такие состояния могут существовать, их как будто еще не удалось
определенно идентифицировать на опыте х).
С другой стороны, захват может произойти на какой-либо нерегулярности
решетки, для которой выгодно присутствие электрона. В качестве примера
можно привести дефект в ионном кристалле, представляющий собой вакантный
узел, в котором раньше находился отрицательный ион; окрестность такого
дефекта имеет слишком большой положительный заряд (Мотт и Герни [45]).
Границы зерен и другие нерегулярности тоже, повидимому, приводят к
появлению энергетических уровней, на которые может быть захвачен
электрон.
Те же замечания относятся и к могущим быть захваченными дыркам.
Захваченные дырки или электроны могут быть освобождены благодаря тепловым
флуктуациям энергии, которые имеют возможность передать достаточную
энергию для того, чтобы перевести эти дырки или электроны обратно в
подвижные состояния, или в результате поглощения света много меньшей
частоты, чем нужно для перехода через щель между заполненной и пустой
полосами.
В этом и заключается механизм наиболее обычного типа фосфоресценции.
Фосфором называется прозрачный кристалл, который содержит небольшое число
примесных центров, поглощающих видимый или ультрафиолетовый свет. Процесс
поглощения ведет к переходу электрона из примесного центра в пустую
полосу. Некоторые из электронов сразу возвращаются на вакантные примесные
уровни с испусканием излучения. Другие захватываются до того, как они
встречают вакантный уровень. Если энергия связи ловушки сравнима
!) См. примечание на стр. 225. - Прим. перев.
$ 6. ЭЛЕКТРОНЫ В НЕРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
241
с kT при комнатной температуре, электроны могут через некоторое время
вернуться в пустую полосу и таким образом опять получают возможность
излучить свет. Испускание света таким фосфором продолжается в течение
некоторого времени после прекращения облучения. Этот процесс может быть
ускорен при помощи нагрева, так как при этом электроны чаще освобождаются
из ловушек, а кроме того, освобождаются те электроны, которые попали в
более глубокие ловушки. Испускание может быть также ускорено при помощи
облучения инфракрасным светом.
Энергия испускаемого света обычно меньше энергии первоначального
возбуждения электронов. Это происходит по двум причинам. Во-первых,
электрон может быть переведен в состояние, расположенное выше дна пустой
полосы, но при этом он, вообще говоря, еще до излучения потеряет часть
своей энергии вследствие столкновений. Во-вторых, сначала, когда электрон
удаляется из примесного центра, положения атомов, окружающих этот центр,
очень близки к равновесным положениям, соответствующим присутствию
электрона. Когда же этот электрон возвращается, положения атомов будут
соответствовать наиболее выгодной конфигурации для ионизированного атома
примеси. Таким образом, при возвращении электрона атомы будут иметь
конфигурацию с более высокой потенциальной энергией, а поэтому для
перехода остается меньшая энергия. Остаток энергии при этом диссипируется
в виде волн решетки *).
Фосфоресценция представляет практический интерес в связи с производством
светящихся красок, которые в темноте испускают свет в результате
поглощения ими света в течение дня или при предварительном облучении. Это
явление применяется также для преобразования ультрафиолетового излучения
в видимое; возникающее флюоресцентное свечение выглядит'весьма красиво.
Помимо света, кристаллы можно активировать также при помощи быстрых
электронов или других заряженных частиц. Это дает способ обнаружения
частиц по световым вспышкам, что используется в сцинтилляционных
счетчиках в ядерной физике.
Все эти применения, а также чисто научная ценность данных об этом явлении
для изучения твердых тел привели к тому, что свойства люминесцентных
веществ изучались очень широко (см. книгу Гарлика [25]).
1) Поведение электронов, захваченных ловушками в щелочногалоидных
солях, было детально исследовано С. И. Пекаром [91]. - Пром. перев.
Глава 11
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
§ 1. Общий обзор свойств1)
Во всех предыдущих главах мы рассматривали такие свойства твердых тел,
которые, во всяком случае качественно, были вполне понятны. Это дало
возможность вести теоретическое изложение дедуктивным путем, исходя из
общих принципов, хотя этот путь и не отражал действительного
исторического развития соответствующей области. В этой главе мы
рассмотрим сверхпроводимость, где положение является иным. За последние
