Электронное возбуждение
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2017 г. ) |
Электронное возбуждение — это перевод связанного электрона в более энергичное, но все еще связанное состояние . Это можно сделать с помощью фотовозбуждения (ФЭ), при котором электрон поглощает фотон и получает всю его энергию. [1] или столкновительным возбуждением (CE), когда электрон получает энергию от столкновения с другим энергичным электроном. [2] В кристаллической решетке полупроводника тепловое возбуждение — это процесс, при котором колебания решетки обеспечивают достаточно энергии для перевода электронов на более высокую энергетическую зону , например, на более энергетический подуровень или энергетический уровень. [3] Когда возбужденный электрон возвращается в состояние с более низкой энергией, он подвергается релаксации электрона (девозбуждение). [4] ). Это сопровождается испусканием фотона (радиационная релаксация/ спонтанное излучение ) или передачей энергии другой частице. Выделяемая энергия равна разнице энергетических уровней между энергетическими состояниями электронов. [5]
Вообще возбуждение электронов в атомах сильно отличается от возбуждения в твердых телах из-за иной природы электронных уровней и структурных свойств некоторых твердых тел. [6] Электронное возбуждение (или девозбуждение) может происходить за счет нескольких процессов, таких как:
- столкновение с более энергичными электронами ( оже-рекомбинация , ударная ионизация ,...)
- поглощение / испускание фотона ,
- поглощение нескольких фотонов (так называемая многофотонная ионизация ); например, квазимонохроматический лазерный свет.
Существует несколько правил, определяющих переход электрона в возбужденное состояние, известных как правила отбора . Во-первых, как отмечалось ранее, электрон должен поглотить количество энергии, эквивалентное разнице энергий между текущим энергетическим уровнем электрона и незанятым, более высоким энергетическим уровнем, чтобы перейти на этот энергетический уровень. Следующее правило вытекает из принципа Франка-Кондона , который гласит, что поглощение фотона электроном и последующий скачок энергетических уровней происходят почти мгновенно. Атомное ядро, с которым связан электрон, не может приспособиться к изменению положения электрона в том же временном масштабе, что и электрон (поскольку ядра намного тяжелее), и, таким образом, ядро может быть приведено в колебательное состояние в ответ на электронный переход. . Тогда правило состоит в том, что количество энергии, поглощенной электроном, может позволить электрону перейти из колебательного и электронного основного состояния в колебательное и электронное возбужденное состояние. Третье правило – это Правило Лапорта , согласно которому два энергетических состояния, между которыми переходит электрон, должны иметь разную симметрию. Четвертое правило заключается в том, что когда электрон подвергается переходу, спиновое состояние молекулы/атома, содержащего электрон, должно сохраняться. [7]
При некоторых обстоятельствах некоторые правила отбора могут быть нарушены, и возбужденные электроны могут совершать «запрещенные» переходы. Спектральные линии, связанные с такими переходами, известны как запрещенные линии .
Электронное возбуждение в твердых телах
[ редактировать ]Подготовка основного состояния
[ редактировать ]Энергию и импульс электронов в твердых телах можно описать путем введения Блоха волн в уравнение Шредингера с применением периодических граничных условий . Решая это уравнение собственных значений , можно получить наборы решений, которые описывают диапазоны энергий, разрешенных электронам: структуру электронной зоны . Последняя страница содержит краткое изложение имеющихся в настоящее время методов моделирования свойств твердых кристаллов в равновесном состоянии, т. е. когда они не освещаются светом.
Возбуждение электронов светом: поляритон
[ редактировать ]Поведение электронов, возбужденных фотонами, можно описать квазичастицей , называемой поляритоном . [8] Для их описания существует ряд методов, как с использованием классической, так и квантовой электродинамики . Одним из методов является использование понятия одетой частицы .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Спектроскопия – Атомы и свет» . dept.harpercollege.edu . Проверено 8 декабря 2022 г.
- ^ Рош, Патрик (26 апреля 2016 г.). «C1: Атомные процессы, Приложение A Коэффициенты столкновительного возбуждения и девозбуждения» (PDF) . astro.physicals.ox.ac.uk/~pfr/C1_TT/Lecture2_AppendixA.pdf . Проверено 8 декабря 2022 г.
- ^ Финнис, МВт; Агнью, П.; Форман, AJE (1 июля 1991 г.). «Тепловое возбуждение электронов в энергетических каскадах смещений» . Физический обзор B . 44 (2): 567–574. Бибкод : 1991PhRvB..44..567F . дои : 10.1103/PhysRevB.44.567 . ISSN 0163-1829 . ПМИД 9999155 .
- ^ Сахо, Ибрагима. Ядерная физика 1: Ядерное девозбуждение, спонтанные ядерные реакции . Джон Уайли и сыновья, 2021.
- ^ «ФизическаяЛАБ: Возбуждение» . dev.physicallab.org . Проверено 7 апреля 2019 г.
- ^ Нозьер, Филипп; Пайнс, Дэвид (1 февраля 1958 г.). «Взаимодействие электронов в твердых телах. Общая формулировка» . Физический обзор . 109 (3): 741–761. Бибкод : 1958PhRv..109..741N . дои : 10.1103/PhysRev.109.741 . ISSN 0031-899X .
- ^ «8.2: Правила электронного возбуждения» . Химия LibreTexts . 20 апреля 2019 г. Проверено 8 декабря 2022 г.
- ^ Басов, Д.Н.; Асенхо-Гарсия, Ана; Шак, П. Джеймс; Чжу, Сяоян; Рубио, Ангел (11 ноября 2020 г.). «Поляритонная панорама» . Нанофотоника . 10 (1): 549–577. Бибкод : 2020Nanop..10..449B . дои : 10.1515/nanoph-2020-0449 . hdl : 21.11116/0000-0007-64E3-8 . ISSN 2192-8614 . S2CID 229164559 .