23.Основные виды оптического поглощения твердых тел. (Полупроводники и диэлектрики)

Существует 2группы п/п(полупроводники), которые приводят к оптическому излучению:1.В идеальных кристаллах поглощения фотона приводит к возбуждению фотонов.2.Поглощение фотона приводит к забрасыванию е(электрона) в более высокоэнергетическое состояние.

При присутствии свободных носителей заряда в кристалле, а также примесей приводит к появлению поглощению этими носителями заряда и к примесному поглощению. Также существует экситонное поглощение:1) Поглощение свободн. е существует при больших концентрациях е(до 10¹⁸см^-3) 2) Примесное поглощение

П ри 1 и 2 поглощение вызывается инерцион.свободных носителей заряда (спектр поглощения в виде широких полос). А при 3 спектр-узкие линии.; Внутрицентровые переходы возможны тогда, если примесн.атом имеет набор энергетических уровней в 33, а носитель заряда остается связанным центром. 3) Решеточное поглощение появляется в результате взаимодействия ЭМ поля световой волны с движением зарядов узлов решетки. Поглощение фотона →рождение фотона. 4) Экситонное поглощение. В процессе при собственном поглощении появляется неравновесные носители заряда: е в ЗП и р в ВЗ. Экситон-это единая квазичастица, которая состоит из е и р, образуется в результате воздействия сил кулоновских притягивания.

Величина коэффициента поглощения экситона близка к собственному поглощению. Едх=Ед-Еех- min энергия, которая необходима для создания экситонов .

Поглощение экситонных полос зависит от температуры (Т).

5 ) Фундаментальное собственное поглощение-это межзонные переходы е из валентной зоны в ЗП.

Min-ая энергия фотонов, которая требуется для начала прохождения процесса собственного поглощения определяется шириной запр.зоны (Ед)-она min. Показатель поглощения для прямых переходов в области собственного поглощения: α=δⁿ где δ-сечение поглощения фотона; n-концентрация. δ=10^-16см² n=10²¹см^-3= α=10⁵ 10⁶см^-1. α=А(hω-Eд)^3/2.

А-коэффициент пропорциональности. Для материала с непрямой структурн.зон.

Д ля осуществления непрямого оптического перехода нужно выполнение закона сохранения энергии. Непрямые переходы осуществ.с поглощением фотона. Для этого должны провзаимодействовать 3частицы( е + hω+hΩфон). Вероятность таких переходов составляет 2 порядка меньше прямых.

6 . Природа расщепления спектральных линий атомов в магнитном поле.

Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Привести примеры.

Зееман обнаружил, что при действии магнитного поля (МП) наблюдается явление расщепления энергетических уровней атома, т.е. каждая исходная линия (уровень) расщепляется. Если расщепление идет на 3 компонента – нормальный эф-кт Зеемана.(1896). А если расщепление сложное (более 3-х линий)- аномальный

_е= * _e - орбитальный магнитный момент. µ₀= ; µ_e= *M_e

В следствии взаимодействия магнитного момента с внешним МП появляется дополнительная энергия:

Но _e и соноправлены, т.е.проекция их:

ΔW зависит от величины МП. Т.к. каждый момент имеет несколько ориентацийк каждому будет соот-ть своя энергия взаимодействия аждый уровень имеет одну энергию, но разные сотояния

∆ν= - = q₁m_J1- q₂m_J2; ∆ν= q₁m_J1-q₂m_J2);

где ∆m_e=0;±1

1) ∆m_e=0 – получаем линию в спектре без изменения частоты Пи-компонент. Совершает колебания в плоскости║направлению МП.

2 ) ∆m_e=±1 получается σ компонент (их излучение харак-ся (эл.вектор), котор. Совершает круговые колебания в плоскости ┴ направления МП.

Если собственный маг.момент ≠ 0, то магнитные свойства атома определ. полным магнитным моментом _{J: J= L+ S}

Где _L =(µ₀ /h)*M_L

_S ==(µ₀ /h)*2M_S

Полный механический момент: _L+ _S = _J

_J ориентирован под некоторым углом.

_L и _S всегда находятся в движении _{L S} тоже двигаются по отношению к ним. Если на систему наложим внешнее МП, то это вызывает дополнительное движение, т.е.изменяются энергии состояния.

Вклад в изменение энергии дает µ_║ компонент: ∆W= µ_║*H* _║˄Н). Спроектировав µ_L и µ_S на направлние полного механического момента M_J. µ_║= *М_L*cos(M_L^˄M_J)+ 2M_Scos(M_S^˄M_J); M_S²=M²_L+ M²_J-2 M_L M_J cos(M_L^{^}M_J); cos(M_L^{^}M_J)= (M²_L+ M²_J- M_S²)/2M_JM_L; cos(M_S^{^}M_J)= (M²_S+ M²_J- M_L²)/2M_JM_S;

µ_║= M_S((M²_L+ M²_J- M_S²)/2M_JM_L)+ M_S((M²_S+ M²_J- M_S)/2M_JM_S)= M_J((M²_L+ M²_J- M²_S+2 M²_S+2 M²_J-2 M²_L)/2 M²_J= M_J(1+ (M²_S+ M²_J- M_L²)/ 2 M²_J= M_J ; -q-множитель Ланде. µ_║= M_J*q; ∆W= *H*q*M_J* _║^Н); ∆W= *H*q*m_J*ћ

∆W= µ₀ H*q*m_J

∆W= µ₀*q*H*m_J q-множитель Ланде

∆W зависит линейно от напряженности МП и определяется квантовым числом полного магнитного момента.

1S₀-нерасщепленный