Большая Советская энциклопедия II

ЭКСИТОН

(от лат. excito — возбуждаю)

квазичастица (См. Квазичастицы), представляющая собой электронное возбуждение в диэлектрике или полупроводнике, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы. Представление об Э. было введено в 1931 Я. И. Френкелем (См. Френкель). Он объяснял отсутствие фотопроводимости (См. Фотопроводимость) у диэлектриков при поглощении света тем, что поглощённая энергия расходуется не на создание носителей тока, а на образование Э. В молекулярных кристаллах (См. Молекулярные кристаллы)Э. представляет собой элементарное возбуждение электронной системы отдельной молекулы, которое благодаря межмолекулярным взаимодействиям (См. Межмолекулярное взаимодействие) распространяется по кристаллу в виде волны (экситон Френкеля). Э. Френкеля проявляются в спектрах поглощения и излучения молекулярных кристаллов (см. Спектроскопия кристаллов). Если в элементарной ячейке молекулярного кристалла содержится несколько молекул, то межмолекулярное взаимодействие приводит к расщеплению экситонных линий. Этот эффект, называемый давыдовским расщеплением, связан с возможностью перехода Э. Френкеля из одной группы молекул в другую в пределах элементарной ячейки. Давыдовское расщепление экспериментально обнаружено в ряде молекулярных кристаллов (нафталине, антрацене, бензоле и др.).
В полупроводниках (См.Полупроводники) Э. представляет собой водородоподобное связанное состояние электрона проводимости и дырки (экситон Ванье—Мотта). Энергии связиE* и эффективные радиусыa* Э. Ванье—Мотта можно оценить по формулам Н. Бора для атома водорода, учитывая, что эффективные массы (См. Эффективная масса) электронов проводимостиmэи дырокmдотличаются от массы свободного электронаmoи что кулоновское взаимодействие электрона и дырки в кристалле ослаблено диэлектрической проницаемостью среды ε:
E*=(1)
а* = см.
Здесь ħ ― Планка постоянная,е —заряд электрона. Формулы (1) не учитывают влияния сложной зонной структуры кристалла, взаимодействия электронов и дырок с Фононами. Однако учёт этих факторов не меняет порядок величинE* иа*. Для Ge, Si и полупроводников типов AIIIBVи AIIBVIm* Экситон0,1то,εЭкситон10, что приводит к значениямE* Экситон 10―2эв,иа* Экситон 10―6см.Т. о., энергии связи Э. Ванье — Мотта во много раз меньше, чем энергия связи электрона с протоном в атоме водорода, а радиусы Э. во много раз больше межатомных расстояний в кристалле. Большие значенияа*означают, что Э. в полупроводниковых кристаллах — макроскопическое образование, причём структура кристалла определяет лишь параметрыm*иE*. Поэтому Э. Ванье — Мотта можно рассматривать как квазиатом, движущийся в вакууме. Искажения структуры кристалла, вносимые Э. или даже большим числом Э., пренебрежимо мало. В кристаллах галогенидов щелочных металлов и инертных газовE* Экситон 0,1—1эв,а* Экситон10―7—10―8сми образование Э. сопровождается деформацией элементарной ячейки.
Э. Ванье—Мотта отчётливо проявляются в спектрах поглощения полупроводников в виде узких линий, сдвинутых на величинуE* ниже края оптического поглощения. Водородоподобный спектр Э. Ванье — Мотта впервые наблюдался в спектре поглощения Cu2O, в дальнейшем в др. полупроводниках. Э. проявляются также в спектрах люминесценции (См. Люминесценция), в фотопроводимости, в Штарка эффекте и Зеемана эффекте. Время жизни Э. невелико: электрон и дырка, составляющие Э., могут рекомбинировать с излучением фотона, например в Ge время жизни Э. порядка 10―5сек.Э. может распадаться при столкновении с дефектами решётки.
При взаимодействии Э. с фотонами, имеющими частоты ω =,возникают новые квазичастицы — смешанные экситон-фотонные состояния, называемые поляритонами. Свойства поляритонов (например, их закон дисперсии) существенно отличаются от свойств как Э., так и фотонов. Поляритоны играют существ. роль в процессах переноса энергии электронного возбуждения в кристалле, они обусловливают особенности оптических спектров полупроводников в области экситонных полос и др.
При малых концентрациях Э. ведут себя в кристалле подобно газу квазичастиц. При больших концентрациях становится существенным их взаимодействие. Возможно образование связанного состояния двух Э. — экситонной молекулы (биэкситона). Однако, в отличие от молекулы водорода, энергия диссоциации биэкситона значительно меньше, чем его энергия связи (эффективные массы электронов и дырок в полупроводниках одного порядка).
При повышении концентрации Э. расстояние между ними может стать порядка их радиуса, что приводит к разрушению Э. Это может сопровождаться возникновением «капель» электронно-дырочной плазмы (см. Электронно-дырочная жидкость). Образование электронно-дырочных капель в таких полупроводниках, как Ge и Si, сказывается в появлении новой широкой линии люминесценции, сдвинутой в сторону уменьшения энергии фотона. Электронно-дырочные капли обладают рядом интересных свойств: высокой плотностью электронов и дырок при малой (средней по объёму) концентрации, большой подвижностью в неоднородных полях и т.п.
При малых концентрациях экситонов Э., состоящий из двух Фермионов (электрона проводимости и дырки), можно рассматривать как Бозон. Это означает, что возможна бозе-конденсация Э. (накопление большого числа Э. на наинизшем энергетическом уровне). Бозе-конденсация Э. может привести к существованию в кристалле незатухающих потоков энергии. Однако, в отличие от сверхтекучего жидкого гелия (См. Гелий) или сверхпроводника (См. Сверхпроводники),сверхтекучий поток Э. может существовать не сколь угодно долго, а лишь в течение времени жизни Э.
Лит.:Гросс Е. Ф., Экситон и его движение в кристаллической решетке, «Успехи физических наук», 1962, т. 76, в. 3; Нокс Р., Теория экситонов, пер. с англ., М., 1966; Агранович В. М., Теория экситонов, М., 1968; Давыдов А. С., Теория молекулярных экситонов, М., 1968; Экситоны в полупроводниках, [Сб. статей], М., 1971; Осипьян Ю. А., Физика твердого тела выходит на передовые позиции, «Природа», 1975, № 10.
А. П. Силин.
Инфракрасная фотография электронно-дырочной капли в Ge: 1 — образец германия; 2 — электронно-дырочная капля.

  1. экситон—от лат. excito возбуждаю квазичастица соответствующаяэлектронному возбуждению мигрирующему по кристаллу но не связанному спереносом заряда и массы. Экситон может быть п...Большой энциклопедический словарь II
  2. экситон—ЭКСИТОН от лат. excito возбуждаю квазичастица соответствующая электронному возбуждению мигрирующему по кристаллу но не связанному с переносом заряда и массы. Экситон мо...Большой Энциклопедический словарь V
  3. экситон—состояние возбуждения атомов которое может перемещаться в кристалле подобно элементарной частице. Предполагается что в глубинных зонах Земли значительная доля теплоты пер...Геологическая энциклопедия
  4. экситон—от лат. excito возбуждаю квазичастица соответствующая электронному возбуждению мигрирующему по кристаллу но не связанному с переносом заряда и массы. Э. может быть предс...Естествознание. Энциклопедический словарь
  5. экситон—корень ЭКСИТ суффикс ОН нулевое окончаниеОснова слова ЭКСИТОНВычисленный способ образования слова Суффиксальный ЭКСИТ ОН Слово Экситон содержит следующие морфемы или...Морфемный разбор слова по составу
  6. экситон—Начальная форма Экситон винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  7. экситон—экситон экситон а...Орфографический словарь
  8. экситон—u мu мн.u экситоны Р.u экситонов квазичастица...Орфографический словарь русского языка
  9. экситон—nucl...Политехнический русско-французский словарь
  10. экситон—Орфографическая запись слова экситон Ударение в слове экситон Деление слова на слоги перенос слова экситон Фонетическая транскрипция слова экситон [кстон] Характеристика...Полный фонетический разбор слов
  11. экситон—экситон аСинонимы квазичастица...Русский орфографический словарь
  12. экситон—exciton экситон м.u физ.uexciton квазичастица...Русско-английский политехнический словарь
  13. экситон—м. автолокализованный экситон биологический экситон горячий экситон двумерный экситон диамагнитный экситон квазидвумерный экситон колебательный экситон локализованный экс...Русско-английский словарь по физике
  14. экситон—exciton...Русско-английский словарь по электронике
  15. экситон—exciton квазичастица...Русско-английский технический словарь
  16. экситон—exciton...Русско-английский химический словарь
  17. экситон—экстоuн на экситон свободный...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
  18. экситон—экстон на...Русско-белорусский физико-математический словарь
  19. экситон—м. физ. eccitone m...Русско-итальянский политехнический словарь
  20. экситон—[] Синонимы квазичастица...Русско-китайский словарь
  21. экситон—Exziton...Русско-немецкий политехнический словарь
  22. экситон—Exiton...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  23. экситон—Exiton...Русско-немецкий химический словарь
  24. экситон—физ. екситон ну Синонимы квазичастица...Русско-украинский политехнический словарь
  25. экситон—exciton...Русско-чешский словарь
  26. экситон—экситонСинонимы квазичастица...Русское словесное ударение
  27. экситон—экситон лат.em exitare возбуждать электрон физ. нейтральная квазичастица в полупроводниках представляющая собой энергетически связанное состояние электрона и не занятого...Словарь иностранных слов русского языка
  28. экситон—экситон сущ. колво синонимов квазичастица Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы квазичастица...Словарь синонимов II
  29. экситон—ЭКСИТОН от лат . excito возбуждаю квазичастица соответствующая электронному возбуждению мигрирующему по кристаллу но не связанному с переносом заряда и массы. Экситон мо...Современный энциклопедический словарь
  30. экситон—экситон [лат. exitare возбуждать электрон] физ. нейтральная квазичастица в полупроводниках представляющая собой энергетически связанное состояние электрона и не занятог...Толковый словарь иностранных слов
  31. экситон—Ударение в слове экситонУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове экситон...Ударение и правописание
  32. экситон—от лат. excito возбуждаю квазичастица соответствующая электронному возбуждению в кристалле диэлектрика или ПП мигрирующему по кристаллу но не связанному с переносом элек...Физическая энциклопедия
  33. экситон—Сэнто Стон Сток Стоик Стик Сотник Сон Сок Скот Скит Скин Сито Сион Синто Син Остин Ост Оникс Нто Нотис Носик Нос Нок Нит Никс Кэт Кси Кот Кос Кон Тик Тис Тнк Кито Кит Кио...Электронный словарь анаграмм русского языка
  34. экситон—Термин экситонdd Термин на английском excitondd Синонимы dd Аббревиатуры dd Связанные термины dd Определение от лат. excito возбуждаю Квазичастица соответствующая электр...Энциклопедический словарь нанотехнологий