Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 127 стр.

UptoLike

ýíåðãèè
E
t
íà÷èíàåòñÿ êîíòè
-
íóóì íåïðåðûâíûõ ñîñòîÿíèé.
Ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå
ïåðåâîäèò ýëåêòðîí ñ ñàìîãî
ãëóáîêîãî îñòîâíîãî óðîâíÿ
c
1
â íåêîòîðîå âîçáóæäåííîå ñîñ
-
òîÿíèå. Òàêèì ñîñòîÿíèåì ìî
-
æåò áûòü ñîñòîÿíèå â çîíå ïðî
-
âîäèìîñòè èëè ýêñèòîííîå ñîñ
-
òîÿíèå
a
. Çäåñü áóäåò ðàññìîò
-
ðåí ïîñëåäíèé ñëó÷àé, ïîñ
-
êîëüêó ïðè îòñóòñòâèè âçàèìî
-
äåéñòâèÿ òàêîé ïåðåõîä ïðèâî
-
äèò ê ïîÿâëåíèþ èçîëèðîâàí
-
íîé
d
-îáðàçíîé ëèíèè â ñïåêòðå ïîãëîùåíèÿ.
Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïîä èîíèçàöèîííûì êîíòèíóóìîì
èìååòñÿ ñâîáîäíîå ñîñòîÿíèå
a
, â êîòîðîå ýëåêòðîí ïåðåõîäèò
ñ óðîâíÿ
c
1
. Äëÿ îáîçíà÷åíèÿ òàêîãî ñîñòîÿíèÿ áóäåì èñïîëü-
çîâàòü îïåðàòîðû ðîæäåíèÿ è óíè÷òîæåíèÿ:
a
a
=
+
aa g
c
1
.
Íà ðèñ. 21 ýòîò ïðîöåññ ïîêàçàí øòðèõîâîé ëèíèåé. Åñëè æå
ó÷èòûâàòü âçàèìîäåéñòâèå ñ äðóãèìè ñîñòîÿíèÿìè, òî âûïè-
ñàííîå âûøå ñîñòîÿíèå óæå íå ÿâëÿåòñÿ ñîáñòâåííûì ñîñòîÿ-
íèåì òî÷íîãî ãàìèëüòîíèàíà
$
H
0
, è åãî âðåìÿ æèçíè ñòàíîâèò-
ñÿ êîíå÷íûì. Áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ïðèáëèæåííîìó ãà-
ìèëüòîíèàíó
$
H
00
ñîîòâåòñòâóþò íåâçàèìîäåéñòâóþùèå ñîñòî-
ÿíèÿ
c
1
,
c
2
,
c
3
,
a
è ñîñòîÿíèÿ â çîíå ïðîâîäèìîñòè
k
. Âçàèìî-
äåéñòâèå
$
V
ïðèâîäèò ê ÷àñòè÷íîìó ïåðåìåøèâàíèþ ýòèõ ñîñ
-
òîÿíèé. Â íàøåé ñèñòåìå ýíåðãèþ
E
a
, êîòîðóþ èìååò ñîñòîÿ
-
íèå
a
, ìîæåò èìåòü åùå íåñêîëüêî ñîñòîÿíèé. Íàïðèìåð, òà
-
êèì ñîñòîÿíèåì ìîæåò áûòü ñîñòîÿíèå ñ äâóìÿ âîçáóæäåííû
-
ìè ýëåêòðîíàìè
a
a
=
++
aaa a g
k
cc
23
, â êîòîðîì äûðêè âîçíè
-
êàþò íà ìåíåå ãëóáîêèõ óðîâíÿõ. Ýòî âîçìîæíî â òîì ñëó÷àå,
åñëè ýíåðãèÿ ïîðîãà èîíèçàöèîííûõ ñîñòîÿíèé óäîâëåòâîðÿåò
ñîîòíîøåíèþ
EE E E
tc c c
£+-
231
. Ïðè ýòîì âîçíèêíîâåíèå
ñîñòîÿíèÿ
k
èç ñîñòîÿíèÿ
a
ìîæíî îïèñàòü ñëåäóþùèì îá
-
ðàçîì: ýëåêòðîí ñ îäíîãî èç óðîâíåé, íàïðèìåð
c
2
, çàïîëíÿåò
äûðêó â ñîñòîÿíèè
c
1
. Ïðè ýòîì èçëó÷àåòñÿ ïðîäîëüíûé ôî
-
òîí êâàíò êóëîíîâñêîãî ïîëÿ. Ýòîò ôîòîí ñðàçó æå ïîãëîùà
-
åòñÿ ýëåêòðîíîì, íàõîäÿùèìñÿ â ñîñòîÿíèè
c
3
, âîçáóæäàÿ åãî
íà îäèí èç óðîâíåé êîíòèíóóìà
k
. Èìåííî ýòîò ïðîöåññ è íà
-
çûâàåòñÿ ïðîöåññîì Îæå. Â òîé æå ñõåìå óðîâíåé â ñîñòîÿíèå
126
E
t
c
c
c
a
k
1
2
3
Ðèñ 21. Âîçìîæíûå ñõåìû
Îæå-ïåðåõîäîâ â òâåðäîì òåëå.
Ðàäèàöèîííûå ïåðåõîäû ïîêà
-
çàíû ïóíêòèðíûìè ñòðåëêàìè.
ýíåðãèè Et íà÷èíàåòñÿ êîíòè-                   k
íóóì íåïðåðûâíûõ ñîñòîÿíèé. Et
Ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå                     a
ïåðåâîäèò ýëåêòðîí ñ ñàìîãî                   c3
ãëóáîêîãî îñòîâíîãî óðîâíÿ c1                 c2
â íåêîòîðîå âîçáóæäåííîå ñîñ-
òîÿíèå. Òàêèì ñîñòîÿíèåì ìî-
                                               c1
æåò áûòü ñîñòîÿíèå â çîíå ïðî-
âîäèìîñòè èëè ýêñèòîííîå ñîñ- Ðèñ 21. Âîçìîæíûå ñõåìû
òîÿíèå a. Çäåñü áóäåò ðàññìîò- Îæå-ïåðåõîäîâ â òâåðäîì òåëå.
                                 Ðàäèàöèîííûå ïåðåõîäû ïîêà-
ðåí ïîñëåäíèé ñëó÷àé, ïîñ-
                                 çàíû ïóíêòèðíûìè ñòðåëêàìè.
êîëüêó ïðè îòñóòñòâèè âçàèìî-
äåéñòâèÿ òàêîé ïåðåõîä ïðèâî-
äèò ê ïîÿâëåíèþ èçîëèðîâàí-
íîé d-îáðàçíîé ëèíèè â ñïåêòðå ïîãëîùåíèÿ.
    Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïîä èîíèçàöèîííûì êîíòèíóóìîì
èìååòñÿ ñâîáîäíîå ñîñòîÿíèå a, â êîòîðîå ýëåêòðîí ïåðåõîäèò
ñ óðîâíÿ c1 . Äëÿ îáîçíà÷åíèÿ òàêîãî ñîñòîÿíèÿ áóäåì èñïîëü-
çîâàòü îïåðàòîðû ðîæäåíèÿ è óíè÷òîæåíèÿ: a = a a+ a c1 g .
Íà ðèñ. 21 ýòîò ïðîöåññ ïîêàçàí øòðèõîâîé ëèíèåé. Åñëè æå
ó÷èòûâàòü âçàèìîäåéñòâèå ñ äðóãèìè ñîñòîÿíèÿìè, òî âûïè-
ñàííîå âûøå ñîñòîÿíèå óæå íå ÿâëÿåòñÿ ñîáñòâåííûì ñîñòîÿ-
íèåì òî÷íîãî ãàìèëüòîíèàíà H$ 0 , è åãî âðåìÿ æèçíè ñòàíîâèò-
ñÿ êîíå÷íûì. Áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ïðèáëèæåííîìó ãà-
ìèëüòîíèàíó H$ 00 ñîîòâåòñòâóþò íåâçàèìîäåéñòâóþùèå ñîñòî-
ÿíèÿ c1 , c2 , c3 , a è ñîñòîÿíèÿ â çîíå ïðîâîäèìîñòè k. Âçàèìî-
äåéñòâèå V$ ïðèâîäèò ê ÷àñòè÷íîìó ïåðåìåøèâàíèþ ýòèõ ñîñ-
òîÿíèé. Â íàøåé ñèñòåìå ýíåðãèþ E a , êîòîðóþ èìååò ñîñòîÿ-
íèå a , ìîæåò èìåòü åùå íåñêîëüêî ñîñòîÿíèé. Íàïðèìåð, òà-
êèì ñîñòîÿíèåì ìîæåò áûòü ñîñòîÿíèå ñ äâóìÿ âîçáóæäåííû-
ìè ýëåêòðîíàìè a = a k+ a a+ a c2 a c3 g , â êîòîðîì äûðêè âîçíè-
êàþò íà ìåíåå ãëóáîêèõ óðîâíÿõ. Ýòî âîçìîæíî â òîì ñëó÷àå,
åñëè ýíåðãèÿ ïîðîãà èîíèçàöèîííûõ ñîñòîÿíèé óäîâëåòâîðÿåò
ñîîòíîøåíèþ Et £ E c2 + E c3 - E c1 . Ïðè ýòîì âîçíèêíîâåíèå
ñîñòîÿíèÿ k èç ñîñòîÿíèÿ a ìîæíî îïèñàòü ñëåäóþùèì îá-
ðàçîì: ýëåêòðîí ñ îäíîãî èç óðîâíåé, íàïðèìåð c2 , çàïîëíÿåò
äûðêó â ñîñòîÿíèè c1 . Ïðè ýòîì èçëó÷àåòñÿ ïðîäîëüíûé ôî-
òîí – êâàíò êóëîíîâñêîãî ïîëÿ. Ýòîò ôîòîí ñðàçó æå ïîãëîùà-
åòñÿ ýëåêòðîíîì, íàõîäÿùèìñÿ â ñîñòîÿíèè c3 , âîçáóæäàÿ åãî
íà îäèí èç óðîâíåé êîíòèíóóìà k. Èìåííî ýòîò ïðîöåññ è íà-
çûâàåòñÿ ïðîöåññîì Îæå. Â òîé æå ñõåìå óðîâíåé â ñîñòîÿíèå
                             126