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.

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.