Кіріспе
Байланысты электронды жоғары энергетикалық күйге ауыстыру. Электрондық қозу – байланысты электронды жоғары энергетикалық, бірақ әлі де байланысты күйге ауыстыру. Бұл фотоқозу (PE) арқылы жүзеге асырылады, онда электрон фотонды сіңіріп, оның барлық энергиясын алады, немесе соқтығысу арқылы қозу (CE), онда электрон басқа, энергетикалық электронмен соқтығысып энергия алады. Жартылай өткізгіштің кристалдық тор ішінде жылулық қозу – тор тербелісінің электрондарды жоғарырақ энергиялық деңгейге, мысалы, жоғары энергетикалық қосалқы деңгейге немесе энергия деңгейіне ауыстыру үшін жеткілікті энергия беретін процесс. Қозған электрон төмен энергетикалық күйге оралғанда, электрондық релаксацияға (деқозуға) ұшырайды. Бұл фотонның шығарылуымен (радиациялық релаксация/спонтанды шығарылым) немесе энергияның басқа бөлшекке берілуімен сүйемелденеді. Шығарылған энергия электронның энергиялық күйлері арасындағы энергия деңгейінің айырмасына тең. Жалпы, атомдардағы электрондардың қозуы қатты денелердегі қозудан өзгеше, себебі электрондық деңгейлердің табиғаты әртүрлі және кейбір қатты денелердің құрылымдық қасиеттері әртүрлі. Электрондық қозу (немесе деқозу) бірнеше процестер арқылы жүзеге асуы мүмкін, мысалы: жоғары энергетикалық электрондармен соқтығысу (Аугер рекомбинациясы, соққылық иондану), фотонның сіңірілуі/шығарылуы, бірнеше фотонның сіңірілуі (көп фотонды иондану деп аталады); мысалы, квазимонохроматты лазерлік сәуле. Электронның қозу күйіне өтуін анықтайтын бірнеше ережелер бар, олар таңдау ережелері деп аталады. Біріншіден, жоғарыда айтылғандай, электронды энергия деңгейіне көтеру үшін оның қазіргі энергия деңгейі мен бос, жоғары энергия деңгейі арасындағы энергия айырмасына тең энергияны сіңіруі керек. Келесі ереже Франк-Кондон принципіне сәйкес, фотонның электронмен сіңірілуі және энергия деңгейінің одан кейінгі секіруі дерлік бірден болады. Электронмен байланысқан атом ядросы электронның орнының өзгеруіне электронмен бірдей уақыт масштабында бейімделе алмайды (себебі ядролар әлдеқайда ауыр), сондықтан ядро электронның ауысуына жауап ретінде тербеліс күйіне келуі мүмкін. Содан кейін, ереже бойынша, электрон сіңіретін энергия мөлшері электронды тербеліс және электрондық негізгі күйден тербеліс және электрондық қозу күйіне көтеруге мүмкіндік беруі керек. Үшінші ереже – Лапорт ережесі, ол электронның ауысуы арасындағы екі энергия күйінің әртүрлі симметрияға ие болуын талап етеді. Төртінші ереже – электрон ауысқанда, электронды құрайтын молекуланың/атомның спин күйі сақталуы керек. Кейбір жағдайларда белгілі бір таңдау ережелері бұзылуы мүмкін және қозу алған электрондар «тыйым салынған» ауысуларды жасай алады. Мұндай ауысулармен байланысты спектрлік сызықтар тыйым салынған сызықтар деп аталады.
Electron excitation is the transfer of a bound electron to a more energetic, but still bound state. This can be done by photoexcitation (PE), where the electron absorbs a photon and gains all its energy or by collisional excitation (CE), where the electron receives energy from a collision with another, energetic electron. Within a semiconductor crystal lattice, thermal excitation is a process where lattice vibrations provide enough energy to transfer electrons to a higher energy band such as a more energetic sublevel or energy level. When an excited electron falls back to a state of lower energy, it undergoes electron relaxation (deexcitation). This is accompanied by the emission of a photon (radiative relaxation/spontaneous emission) or by a transfer of energy to another particle. The energy released is equal to the difference in energy levels between the electron energy states. In general, the excitation of electrons in atoms strongly varies from excitation in solids, due to the different nature of the electronic levels and the structural properties of some solids. The electronic excitation (or deexcitation) can take place by several processes such as:
collision with more energetic electrons (Auger recombination, impact ionization, )
absorption / emission of a photon,
absorption of several photons (so called multiphoton ionization); e. g., quasi monochromatic laser light. There are several rules that dictate the transition of an electron to an excited state, known as selection rules. First, as previously noted, the electron must absorb an amount of energy equivalent to the energy difference between the electron's current energy level and an unoccupied, higher energy level in order to be promoted to that energy level. The next rule follows from the Frank Condon Principle, which states that the absorption of a photon by an electron and the subsequent jump in energy levels is near instantaneous. The atomic nucleus with which the electron is associated cannot adjust to the change in electron position on the same time scale as the electron (because nuclei are much heavier), and thus the nucleus may be brought into a vibrational state in response to the electron transition. Then, the rule is that the amount of energy absorbed by an electron may allow for the electron to be promoted from a vibrational and electronic ground state to a vibrational and electronic excited state. A third rule is the Laporte Rule, which necessitates that the two energy states between which an electron transitions must have different symmetry. A fourth rule is that when an electron undergoes a transition, the spin state of the molecule/atom that contains the electron must be conserved. Under some circumstances, certain selection rules may be broken and excited electrons may make "forbidden" transitions. The spectral lines associated with such transitions are known as forbidden lines.
Жердің күйін дайындау
Қатты денедегі электронның энергиясы мен импульсін Шредингер теңдеуіне Блох толқындарын енгізу және периодты шекаралық шарттар қолдану арқылы сипаттауға болады. Бұл өзіндік мән теңдеуін шешу арқылы электрондарға рұқсат етілген энергия деңгейлерін сипаттайтын шешімдер жиынтығы алынады: электрондық жолақтар құрылымы. Келесі бетте қазіргі кезде қолданылатын, тепе-теңдік күйдегі қатты кристалдардың қасиеттерін модельдеу әдістерінің шолуы берілген, яғни олар жарықпен сәулеленбеген кезде.
Электрондардың жарықпен қозуы: поляритон
Фотондармен қоздырылған электрондардың мінез-құлқын "поларитон" деп аталатын квазибөлшектермен сипаттауға болады. Бұл құбылысты сипаттау үшін классикалық және кванттық электродинамиканы қолданатын бірнеше әдіс бар. Олардың бірі – "киінделген бөлшек" ұғымын пайдалану.