Кинетика и люминесценция экситонов в анизотропных кристаллах

• Автор: Глушко, Евгений Яковлевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 169 c. : ил

ВВЕДЕШЕ
Глава I. КОГЕРЕНТНЫЕ ЭКСИТОНЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА
СРЕД
§ I. Коэффициент пропускания экситонной волны
через границу раздела сред.Случай ДГУ общего
вида
§ 2. Скорость тушения когерентных экситонов на
границе раздела металл-полупроводник
Выводы
Глава II. ДИФФУЗИЯ ЭКСИТОНОВ В АНИЗОТРОПНЫХ
КРИСТАЛЛАХ
§ 3. Кинетическое уравнение и тензор диффузии
экситонов
а.Некоторые проблемы кинетики экситонов
б.Кинетическое уравнение и коэффициент диффузии
§ 4. Температурная зависимость экситонной диффузии
в анизотропной аналитической зоне
§ 5. Экситонная зона с сильной аналитичностью
а.Изотропная зона с сильной неаналитичностью
б.Анизотропная зона с сильной неаналитичностью
§ 6. Учет дисперсии фононных мод. Коэффициент диффузии экситонов в антрацене
а.Расчет обратного времени релаксации
б.Температурная зависимость тензора диффузии экситонов
в.Эффективный коэффициент диффузии
г.Обсуждение результатов

Выводы
Глава III. ПОЛЯРИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ЮЛЕШ1ЯРШХ
КРИСТАЛЛОВ, ГРАНИЧАЩИХ С ШТАЛЛОМ
§ 7. Мзталлическое тушение экситонной люминесценции
в изотропном кристалле
а.Пол яритонный механизм люминесценции
б.Коэффициент пропускания и поверхностный импеданс молекулярного кристалла для ^<с00
в.Интенсивность поляритонной люминесценции
г.Связь между скоростью тушения и интенсивностью
люминесценции в области продольно-поперечного
расщепления
§ 8. Поляритонная люминесценция антрацена,граничащего
с металлом и диэлектриком
а.Поляритон-фононное взаимодействие в анизотропном кристалле со сложным базисом
б.Влияние анизотропии экситонного кристалла»граничащего с металлом на форму спектра люминесценции
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчет поверхностного импеданса . ,
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Взаимодействие экситонов с поступательными колебаниями решетки
ПРИЛОЖЕНИЕ С. Рассеяние на вращательных колебаниях
узлов решетки
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Нормировочный коэффициент функции распределения экситонов
ЛИТЕРАТУРА

С тех пор как в 1531 году Я.И.Френкель ввел представление об экситоне как о движущемся электронном возбуждении в кристалле, появилось огромное число работ, теоретических и экспериментальных, изучающих различные аспекты этого явления. Результаты исследований привели к выводу о том, что экситоны Френкеля, или молекулярные экситоны, играют существенную роль в люминесценции и поглощении света молекулярными кристаллами, в процессе переноса энергии в растворах, кристаллах и биологических молекулах, в явлениях фотопроводимости и фотохимических процессах, в процессах дефектообразования и пр. Кроме того, экситоны являются во многих случаях удобным объектом для проверки действенности основных приближений квантовой кинетики квазичастиц. Влияние миграции экситонов на фотохимические процессы в кристаллах и связанные с ней проблемы впервые были рассмотрены Франком и Теллером / I /. Дальнейшие исследования показали исключительную важность экситон-ного переноса энергии в оптике кристаллов (краткий исторический оброз работ по этому направлению см. в / 2 /). В последнее время вопросы миграции электронных возбуждений в кристаллах приобрели особую актуальность в связи с быстрым развитием лазерной техники, вызвавшей появление новых методов возбуждения и регистрации экситонной люминесценции / 3 - 10 /. Пикосекундная импульсная техника, появившаяся в 70-х годах, позволила экспериментальное наблюдение эволюции квазичастиц (экситонов, электронов) на временах, сравнимых с временем термализации рассматриваемых систем /11-21 /, дав тем самым новый импульс спектроскопии с временным разрешением / 22 /.
Остановимся на основных экспериментальных методах, применяемых для исследования кинетических характеристик экситонов.
50.
ментарной ячейке со сторонами (Х<, О'^ }С15 вдоль осей X > ^ < Ъ соответственно. С учетом принятых в / 2, 29 / предположе -ний относительно экситонных волновых функций и оператора экси-тон-фононного взаимодействия, вероятность рассеяния экситона с поглощением, либо испусканием фонона имеет следующий вид (см. Приложение В):
^ ~/№-3 / ^ //т §(Ну)іХ(2.19)
” Ч У*
Здесь верхний знак соответствует процессу с испусканием фонона с волновым вектором ^=Л/-АУ' , а нижний - с поглощением,
/V. - масса всего кристалла. Вкладом многофононных процессов в вероятность рассеяния можно пренебречь ввиду слабой экситон-фононной связи. Выражение для структурного фактора в( в рассматриваемом случае простого базиса приведено в Приложении В.
Информация об анизотропии кристалла заключена в структурном факторе и в законах дисперсии энергии экситонов и фононов (5 (м), . Для многих молекулярных кристаллов ширина эксйтонной зоны Л составляет величину порядка нескольких сотен обратных сантиметров.и намного превышает дебаевскую частоту акустических фононов. При температурах малых по сравнению с шириной самой узкой зоны в рассеянии участвуют экситоны с малыми волновыми векторами ИО ■ < < 1 , так что в этом приближении
структурный фактор имеет вид
<*•«>
где о(- определяются.проекциями вектора поляризации фонона . Єрз на / - ось координат и направлением дипольного момента