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激子

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激子(英语:exciton)描述了一对电子空穴由静电库仑作用相互吸引而构成的束缚态,它可被看作是存在于绝缘体半导体和某些液体中呈电中性的准粒子。激子是凝聚体物理学中转移能量而不转移电荷的基本单位。

半导体吸收一个光子之后就会形成一个激子。这个过程实际上是一个电子从价带激发到导带而留下一个处于固定位置带正电的空穴。此时,导带中的电子会受到空穴库仑力的吸引。吸引作用提供了能量平衡,使得激子体系的总能量略小于未束缚的电子和空穴的能量。束缚态的波函数是类氢的,属于奇异原子态,但这个束缚态的束缚能要比氢原子小许多,而激子的半径则比氢原子的要大。这是因为,一方面,半导体中存在相邻电子的库仑屏蔽;另一方面,电子和空穴构成激子的有效质量较小。

电子和空穴的自旋可以是平行或反平行的。自旋通过交换作用发生耦合,于是产生了激子的精细结构。在周期性晶格中,激子的性质与其动量相关。

激子的概念最早由Yakov Frenkel于1931年提出,用于解释绝缘体中的原子激发。他指出激发态可以像实体粒子一样在晶格中穿行而不发生电荷转移。

类型

激子可以分为以下几类:Frenkel激子、Wannier-Mott激子、表面激子、原子分子激子

  1. Frenkel激子
  2. Wannier-Mott激子
  3. 电荷转移激子
  4. 表面激子
  5. 原子分子激子
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激子
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