Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ДВ-край фундам. поглощения ?g может лежать в уф-области, напр, у алмаза (Sg — 5,4 эВ), щёлочпо-галоидиых кристаллов (у NaCl ?g = 8,6 эВ). В более
длинноволновой области лежит край фундам. поглощения у кристаллов типа A„BVi (иапр., у ZnS Sg = 3,6 эВ, у GdS Sg = 3,4 эВ), у кристаллов типа AiuBv (иапр., у AsGa Sg = 1,52 эВ) и кристаллов, образованных элементами IV группы периодич. системы элементов. В этих кристаллах, являющихся полупроводниками, даже при комнатной темп-ре в зоне проводимости находятся электроны, возбуждённые тепловым движением. Органические нристал-л ы, элементарная ячейка к-рых состоит нз одной или иеск. молекул, обладают спектрами, сходными с молекулярными. Кристаллы, состоящие из насыщенных углеводородов, поглощают (как и исходные молекулы) излучение в далёкой УФ-области. В спектрах кристаллов, построенных из ароматич. и гетероциклич. молекул, край фундам. поглощения лежит в ближней УФ- и синей областях спектра. Фундам. поглощение в них связано с возбуждением ноллективизированных я-элект-роиов.
При межзоииом поглощении света электрон из валентной зоны переходит в зоиу проводимости, а в валентной зоне образуется дырка. Если переход осуществляется ие иа самом краю фундам. полосы, то электрон и дырка быстро (за время ~10-12—10~1Э с) отдают избыток энергии и импульс фоиоиам и оказываются соответственно иа дие зоны проводимости и вверху валентной зоиы. При рекомбинации они испускают квант света, близкий по величине энергии запрещённой зоны,— возникает т. н. краевая люминесценция. Образование свободных электронов и дырок приводит к фотопроводимости кристалла, спектр возбуждения к-рой наряду со спектрами поглощении и люминесценции позволяет изучать структуру энергетич. зои кристалла (см. Фотоэлектрическая спектроскопия).
Кроме процессов рождения и рекомбинации свободных пар электронов и дырок в кристалле могут происходить процессы образования электронио-дырочных пар, связанных кулоиовскими силами,— экситонов. Естественно, энергия образования экситона иа величину энергии кулоновского взаимодействия меньше, чем энергия образования свободных электронов и дырок, поэтому экситоииые полосы поглощения лежат с ДВ-стороны от полосы фуидам. поглощения. Экситон имеет энергетич. спектр, регистрируемый аналогично спектру атома водорода, но вместо массы электрона используют эфф. массу, а также учитывают влияние на электронно-дырочную пару эфф. диэлектрич. проницаемости, создаваемой атомами кристалла. Энергия* ионизации экситона (т. е. расстояние в спектре от края фун-Дам, поглощения) ~10-а эВ в кристаллах типа AmBv и ~1 эВ для щёлочно-галоидиых кристаллов. Боровский радиус экситона по величине равен неск. постоянным решётки для щёлочно-галоидиых кристаллов и иеск. десяткам постоянных решётки для кристаллов AmBv или кристаллов элементов IV группы Ga, Si (эксйтоны большого радиуса, или Ванъе — Afomma акситвкы). В молекулярных кристаллах экситон можно рассматривать как возбуждение отд. молекулы, к-рое индукционно-резонансным путём может мигрировать по кристаллу (эксйтоны малого радиуса, или Френкеля эксйтоны).
При комнатной темп-ре экситониые полосы уширены до величин ~10а см-1 вследствие колебаний атомов кристалла. При понижении темп-ры в экситонных спектрах проявляется структура, связанная с бесфонои-иыми переходами и переходами с участием конечного числа оптич. фоионов. Бесфононные линии могут описывать водородоподобную структуру спектра экситонов Ванье — Мотта, структуру, связанную со строением подзон и с т. и. давыдовским расщеплением в спектрах экситонов Френкеля.
В экситонах с большим динольиым моментом, возбуждаемых резонансным эл.-магн. полем, невозможно разделить поле иа кулоиовскую и поперечную составляющие, них необходимо рассматривать вместе сполем как особую частнцу — светойкситои, или поляритон. Эти
возбуждения создают в спектре полосы, являющиеся ДВ-продолжением экситонных полос. Переходами в электронной подсистеме кристалла обусловлено іакже поглощение при возбуждении поверхностных воли (т. и. поверхностных поляритонов). Поглощение, связанное с этими квазичастицами, не может наблюдаться методами классич. абсорбционной спектроскопии, т. к. прямое поглощение фотона поверхностным поляритоном запрещено законами сохранения энергии и импульса. Возбуждение поверхностных поляритонов осуществляется либо методом нарушенного полного внутреннего отражения, либо прп отражении света от поверхности кристалла, на к-роп имеется пернодич. структура. Полосы поверхностных поляритонов расположены с ДВ-стороиы от соответствующих объёмных возбуждений, и их спектральное положение в соответствии с кривой дисперсии зависит от угла падения световой волиы и периода поверхностной структуры.
С электронной подсистемой связано поглощение при внутризоиных переходах в полупроводниках, проявляющихся в виде широких слабоструктуриров. полос в И К-области спектра. Поглощение и рассеяние света в кристаллах, обладающих упорядоченной спиновой под-решёткой (иапр., ферромагнетиках), могут проявляться в возбуждении магн. дипольного момента (магноны, спиновые волны).
