Перенос энергии электронного возбуждения в системе двух двухуровневых атомов

• Автор: Щеколдин, Дмитрий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 86 с. : ил.

Глава 1. Теоретическое описание процессов переноса энергии электронного возбуждения в кристаллах
1.1. Элементарный акт переноса энергии электронного возбуждения между примесными центрами в приближении двухуровневой системы
1.2. Квантовополевая формулировка слабого когерентного взаимодействия оптических центров.
1.3. Динамическая подсистема, взаимодействующая с термостатом, как модель сильного когерентного взаимодействия.
1.4. Выводы к главе 1.
Глава 2. Перенос энергии электронного возбуждения в изолированной двухатомной
системе. Релятивистский и нерелятивистский подходы квантовой теории поля
2.1. Различные концепции учета межатомного взаимодействия.
2.2. Виртуальные частицы и метод матрицы рассеяния.
2.3. Вероятность однофотонного взаимодействия. Релятивистский случай.
2.4. Многофотонные взаимодействия.
2.5. Когерентный перенос энергии электронного взаимодействия между примесными
центрами с нерелятивистским гамильтонианом.
2.6. Выводы к главе 2.
Глава 3. Взаимодействие динамической подсистемы с окружением. Релаксационные
процессы 42
3.1. Конденсированная среда, как сложный объект физических исследований.
3.2. Взаимодействие динамической подсистемы с окружающей средой.
3.3. Оператор Гамильтона системы двухатомной системы.
3.4. Кинетическое уравнение для статистического оператора атомной системы.
3.5. Динамика состояний при абсолютном нуле.
3.6. Динамика состояний при произвольной температуре.
3.7. Выводы к главе 3.
Глава 4. Модификации модели взаимодействия двухуровневых атомов с
термостатом 57
4.1. Учет конечности числа частиц в термостате.
4.2. Предельный случай взаимодействия с одной и той же частицей в термостате.

4.3. Модификация временной зависимости гамильтониана взаимодействия, и следствия этих изменений.
4.4. Выводы к главе 4.
Заключение
Список использованных источников

Актуальность темы. Практически все приложения твердотельной квантовой электроники, функционирование устройств на жидких кристаллах, поведение разреженных газов в различных условиях, а также огромное число других явлений и технических приложений непосредственно связаны с процессами прямого и обратного переноса энергии электронного возбуждения между атомами. Твердотельные лазеры и люминесцентные экраны построены на явлении переноса энергии электронного возбуждения и последующей ее диссипации в окружающую среду либо в виде лучистой, либо тепловой энергии. Наряду с этим большой интерес вызывает на сегодняшний день 10 проблема переноса энергии в атомных и молекулярных пучках. Интенсивность упругих и
неупругих взаимодействий таких пучков с электромагнитным излучением напрямую связана с вопросом миграции энергии по электронным состояниям атомов или молекул в пучке. Вместе с перечисленными выше задачами, в последнее время интенсивно изучаются когерентные процессы взаимодействия оптических центров. Процессы когерентного взаимодействия примесных центров между собой и с полем излучения ответственны за такие обнаруженные в последнее время явления, как замедление света в веществе, обусловленное явлением когерентного пленения населенностей [1-9], ^ образование сверхструктур при взаимодействии света с веществом. Таким образом,
проблема переноса энергии электронного возбуждения в различных атомных системах и проблема когерентного взаимодействия центров являются одними из главных проблем современной физики конденсированного состояния.
Однако, несмотря на столь большой интерес к процессам переноса энергии электронного возбуждения и когерентных взаимодействий, количество теоретических изысканий в этих областях несравнимо меньше, чем экспериментальных. Причем большинство теоретических изысканий носят полуфеноменологический, а зачастую
частный характер. Так теория резонансного взаимодействия примесных центров,
»■ разработанная A.C. Давыдовым, не учитывает ряда важных факторов при описании
подобных процессов и не позволяет производить количественные оценки. В то же время,
слабое когерентное взаимодействие примесных центров рассматривается обычно в полуклассическом приближении [10,11], вследствие чего не дает детальную картину взаимодействия центров.
Поэтому развитие теории переноса энергии электронного возбуждения и процессов когерентного межатомного взаимодействия, поиск новых моделей и модификация старых является одной из приоритетных задач современной физики конденсированных сред.

У м#)®М> = Ьл/2^2(М(3)-М(1)) + М(2)(У1 - Wз)}-|x ы а
х ^М© + 2W2M(2) + 2WзM(3) + 4^5М(5) + 2W6M(б)
- 2^У!М(4) - 2WзM(3) - 2"¥3М(4) - 2W5M(1)} -1 х (3.26)
х {2W,M(1) + 2W2M(2) + 2'У3М(3) + 4W4M(4) + 2Т^6М(6)
- 2W1M(5) - 2W4M(3) - 23У3М(5) - 2W4M(1)}
Последовательно умножая обе части (3.26) на М(Г) и беря след по координатам динамической подсистемы, получим систему из шести уравнений для "'Л'):
^- = -(к + х) W1 - ъДУ2 + кУ5 + xW4
~ = -(к + х)^2 + - ''Л^з )
5W, г-
1 = -(к + x)W3 + + кW5 + х'№4
* (3.27)
-^ = -2xW4+к(W1+W3)

Ш6 Г
= -(к + х)^6

Как и в случае нулевой температуры нетрудно видеть, что 5(У, (I) + У3 © + №4 © + ¥5 ©) Л
——— = Выберем начальные условия как и в предыдущем

случае. '^(0)=1, W2(0)=Wз(0)=W4(0)=W5(0)=W6(0)=0. Тогда решение системы уравнений (3.27) принимает вид:
Щ© = + 008(2^)1 -( + —З^Ц-е'2^4 +
1<к + Х)2 ] 2 (к + х)2 (к + х)2
, = { (!£.--Х)1 _ соз(21Л1^1 + е-2(к+х){ +^с?Ц
1(к + х) 2 (к + х) (к + Х)
(0 = е'(к+х^ зт(214) (328)
у4© = -^-..ТХ)е-(кп)1 Ж—е-2(к+Х)1 +
(к+х)2 (к + %)2 (к + х)2
^5© = -Жг^1е"(к+х)‘ !а__е'2(к+х)* +
(к + х)2 (к + х)2 (к + х)2 ■
У6©
где к и х определяются выражениями (3.24) и зависят от температуры поля и термостата.