Wzbudzenie elektronowe
Wzbudzenie elektronowe to przeniesienie związanego elektronu do bardziej energetycznego, ale nadal związanego stanu . Można to zrobić przez fotowzbudzenie (PE), w którym elektron pochłania foton i zyskuje całą jego energię lub przez wzbudzenie kolizyjne (CE), w którym elektron otrzymuje energię ze zderzenia z innym, energetycznym elektronem. W półprzewodnikowej sieci krystalicznej wzbudzenie termiczne jest procesem, w którym wibracje sieci dostarczają energii wystarczającej do przeniesienia elektronów do pasma o wyższej energii , takiego jak bardziej energetyczny podpoziom lub poziom energetyczny. Kiedy wzbudzony elektron wraca do stanu o niższej energii, ulega relaksacji elektronowej (odwzbudzeniu). Towarzyszy temu emisja fotonu (relaksacja radiacyjna/ emisja spontaniczna ) lub przekazanie energii innej cząstce. Uwolniona energia jest równa różnicy poziomów energetycznych między stanami energetycznymi elektronu.
Ogólnie rzecz biorąc, wzbudzenie elektronów w atomach znacznie różni się od wzbudzenia w ciałach stałych, ze względu na odmienny charakter poziomów elektronowych i właściwości strukturalne niektórych ciał stałych. Wzbudzenie elektroniczne (lub dewzbudzenie) może odbywać się w kilku procesach, takich jak:
- zderzenia z bardziej energetycznymi elektronami ( rekombinacja Augera , jonizacja uderzeniowa , ...)
- absorpcja / emisja fotonu , _
- absorpcja kilku fotonów (tzw. jonizacja wielofotonowa ); np. quasi-monochromatyczne światło laserowe .
Istnieje kilka reguł, które dyktują przejście elektronu do stanu wzbudzonego, zwanych regułami selekcji . Po pierwsze, jak wspomniano wcześniej, elektron musi zaabsorbować ilość energii równą różnicy energii między aktualnym poziomem energii elektronu a niezajętym, wyższym poziomem energii, aby awansować do tego poziomu energii. Następna reguła wynika z zasady Franka-Condona , która mówi, że absorpcja fotonu przez elektron i następujący po nim skok poziomów energii jest niemal natychmiastowy. Jądro atomowe, z którym związany jest elektron, nie może dostosować się do zmiany położenia elektronu w tej samej skali czasowej co elektron (jądra są znacznie cięższe), dlatego jądro może zostać wprowadzone w stan wibracyjny w odpowiedzi na przejście elektronowe . Wtedy regułą jest, że ilość energii pochłoniętej przez elektron może pozwolić na promowanie elektronu z wibracyjnego i elektronicznego stanu podstawowego do wibracyjnego i elektronicznego stanu wzbudzonego. Trzecią regułą jest reguła Laporte'a , która wymaga, aby dwa stany energetyczne, między którymi przechodzi elektron, miały różną symetrię. Czwarta zasada mówi, że kiedy elektron przechodzi przejście, stan spinowy cząsteczki/atomu zawierającego elektron musi być zachowany.
W pewnych okolicznościach pewne zasady selekcji mogą zostać złamane, a wzbudzone elektrony mogą dokonać „niedozwolonych” przejść. Linie widmowe związane z takimi przejściami są znane jako linie zabronione .
Wzbudzanie elektronów w ciałach stałych
Przygotowanie stanu podstawowego
Energię i pęd elektronów w ciałach stałych można opisać wprowadzając fale Blocha do równania Schrödingera z zastosowaniem okresowych warunków brzegowych . Rozwiązując to równanie wartości własnej , otrzymuje się zestawy rozwiązań opisujące pasma energii, które są dozwolone dla elektronów: elektronową strukturę pasmową . Ta ostatnia strona zawiera podsumowanie dostępnych obecnie technik modelowania właściwości stałych kryształów w stanie równowagi, tj. gdy nie są one oświetlone światłem.
Wzbudzanie elektronów światłem: polaryton
Zachowanie elektronów wzbudzonych przez fotony można opisać quasi-cząstką zwaną „ polarytonem ”. Istnieje wiele metod ich opisu, zarówno przy użyciu elektrodynamiki klasycznej, jak i kwantowej . Jedną z metod jest wykorzystanie koncepcji ubranej cząstki .
Zobacz też