Fotowzbudzenie

Fotowzbudzenie w krysztale

Fotowzbudzenie to wytwarzanie stanu wzbudzonego układu kwantowego przez absorpcję fotonów . Stan wzbudzony pochodzi z interakcji między fotonem a układem kwantowym . Fotony przenoszą energię, która jest określona przez długość fali światła, które przenosi fotony. Obiekty, które emitują światło o większej długości fali, emitują fotony niosące mniej energii. W przeciwieństwie do tego, światło o krótszych falach emituje fotony o większej energii. Kiedy foton oddziałuje z układem kwantowym, ważne jest zatem, aby wiedzieć, z jaką długością fali ma się do czynienia. Krótsza długość fali przeniesie więcej energii do układu kwantowego niż dłuższa fala.

W skali atomowej i molekularnej fotowzbudzenie to fotoelektrochemiczny proces wzbudzenia elektronu poprzez absorpcję fotonu , gdy energia fotonu jest zbyt niska, aby spowodować fotojonizację . Absorpcja fotonu odbywa się zgodnie z kwantową teorią Plancka.

Fotowzbudzenie odgrywa rolę w fotoizomeryzacji i jest wykorzystywane w różnych technikach:

• Barwnikowe ogniwa słoneczne wykorzystują fotowzbudzenie, wykorzystując je w tańszych, niedrogich ogniwach słonecznych produkowanych masowo. Ogniwa słoneczne opierają się na dużej powierzchni, aby wychwycić i zaabsorbować jak najwięcej fotonów o wysokiej energii. Krótsze długości fal są bardziej wydajne dla konwersji energii w porównaniu z dłuższymi falami, ponieważ krótsze długości fal przenoszą fotony o większej energii . Światło zawierające krótsze długości fal powoduje zatem dłuższą i mniej wydajną konwersję energii w barwnikowych ogniwach słonecznych.
• Fotochemia
• Luminescencja
• pompowane optycznie wykorzystują fotowzbudzanie w taki sposób, że wzbudzone atomy w laserach uzyskują ogromne wzmocnienie bezpośredniej przerwy potrzebne dla laserów. Gęstość potrzebna do inwersji obsadzeń w związku Ge, materiale często używanym w laserach, musi wynosić 10 ²⁰ cm ^-3 i jest uzyskiwana poprzez fotowzbudzenie. Fotowzbudzenie powoduje, że elektrony w atomach przechodzą do stanu wzbudzonego. W momencie, gdy liczba atomów w stanie wzbudzonym jest większa niż w stanie podstawowym, następuje inwersja obsadzeń. Inwersja, taka jak ta spowodowana przez germanu , umożliwia materiałom działanie jak lasery.
• Aplikacje fotochromowe . Fotochromizm powoduje przemianę dwóch postaci cząsteczki poprzez pochłonięcie fotonu. Na przykład cząsteczka BIPS (2H-l-benzopirano-2,2-indoliny) może przekształcić się z trans w cis iz powrotem poprzez absorpcję fotonu. Różne formy są związane z różnymi pasmami absorpcji. W postaci cis BIPS pasmo absorpcji przejściowej ma wartość 21050 cm ⁻¹ , w przeciwieństwie do pasma z formy trans, które ma wartość 16950 cm ⁻¹ . Wyniki były widoczne optycznie, gdy BIPS w żelach zmienił kolor z bezbarwnego na brązowy lub różowy po wielokrotnym wystawieniu na działanie wysokoenergetycznej wiązki UV. Fotony o wysokiej energii powodują przemianę w cząsteczce BIPS powodując zmianę struktury cząsteczki.

W skali jądrowej fotowzbudzenie obejmuje wytwarzanie rezonansów nukleonowych i delta barionowych w jądrach.