Elektronexcitation
Elektronexcitation är överföringen av en bunden elektron till ett mer energiskt, men fortfarande bundet tillstånd . Detta kan göras genom fotoexcitation (PE), där elektronen absorberar en foton och får all sin energi eller genom kollisionsexcitation ( CE), där elektronen får energi från en kollision med en annan, energisk elektron. Inom ett halvledarkristallgitter är termisk excitation en process där gittervibrationer ger tillräckligt med energi för att överföra elektroner till ett högre energiband, såsom en mer energisk subnivå eller energinivå. När en exciterad elektron faller tillbaka till ett tillstånd av lägre energi, genomgår den elektronrelaxation (deexcitation). Detta åtföljs av emission av en foton (strålningsavslappning/ spontan emission ) eller av en överföring av energi till en annan partikel. Den frigjorda energin är lika med skillnaden i energinivåer mellan elektronenergitillstånden.
Generellt sett varierar excitationen av elektroner i atomer kraftigt från excitation i fasta ämnen, på grund av de elektroniska nivåernas olika natur och de strukturella egenskaperna hos vissa fasta ämnen. Den elektroniska exciteringen (eller deexciteringen) kan ske genom flera processer såsom:
- kollision med mer energiska elektroner ( Auger-rekombination , stötjonisering, ...)
- absorption / emission av en foton ,
- absorption av flera fotoner (så kallad multifotonjonisering ); t.ex. kvasi-monokromatiskt laserljus .
Det finns flera regler som dikterar övergången av en elektron till ett exciterat tillstånd, så kallade urvalsregler . För det första måste, som tidigare noterats, elektronen absorbera en mängd energi som motsvarar energiskillnaden mellan elektronens nuvarande energinivå och en obesatt, högre energinivå för att befordras till den energinivån. Nästa regel följer av Frank-Condon-principen , som säger att absorptionen av en foton av en elektron och det efterföljande hoppet i energinivåer är nästan omedelbart. Atomkärnan som elektronen är associerad med kan inte anpassa sig till förändringen i elektronposition på samma tidsskala som elektronen (eftersom kärnorna är mycket tyngre), och därmed kan kärnan föras in i ett vibrationstillstånd som svar på elektronövergången . Sedan är regeln att mängden energi som absorberas av en elektron kan göra det möjligt för elektronen att befordras från ett vibrations- och elektroniskt jordtillstånd till ett vibrations- och elektroniskt exciterat tillstånd. En tredje regel är Laporte-regeln , som kräver att de två energitillstånd mellan vilka en elektron övergår måste ha olika symmetri. En fjärde regel är att när en elektron genomgår en övergång spinntillståndet för molekylen/atomen som innehåller elektronen bevaras.
Under vissa omständigheter kan vissa urvalsregler brytas och exciterade elektroner kan göra "förbjudna" övergångar. De spektrala linjerna som är associerade med sådana övergångar är kända som förbjudna linjer .
Elektronexcitation i fasta ämnen
Marktillståndsberedning
Energin och rörelsemängden hos elektroner i fasta ämnen kan beskrivas genom att införa Bloch- vågor i Schrödinger-ekvationen med tillämpning av periodiska randvillkor . Genom att lösa denna egenvärdesekvation får man uppsättningar av lösningar som beskriver band av energier som tillåts till elektronerna: den elektroniska bandstrukturen . Den senare sidan innehåller en sammanfattning av de tekniker som numera finns tillgängliga för att modellera egenskaperna hos fasta kristaller vid jämvikt, dvs när de inte är upplysta av ljus.
Elektronexcitation av ljus: polariton
Beteendet hos elektroner som exciteras av fotoner kan beskrivas med kvasipartikeln som heter " polariton ". Det finns ett antal metoder för att beskriva dessa, både med klassisk och kvantelektrodynamik . En av metoderna är att använda begreppet klädd partikel .
Se även