2022-2023学年高二物理竞赛课件：电子与空穴围绕质心运动

电子与空穴围绕质心运动 这意味着激子里德堡能量 通常比能隙小 得多,而玻尔半径比晶格常数大得多.因此，电子与空穴围绕质心运动的半径范围是单胞的许多倍,这再一次以自洽的方式证明了有效质量近似的合理性. 振子强度 对于三维直接半导体中带与带之间偶极跃迁，单态激子振子强度正比于偶极跃迁 三重态激子振子强度明显减小（自旋反转禁戒跃迁）. 其中 为偶极跃迁几率，正比于相同 几率 单胞里发现电子与空穴的几率. 单态激子与三重态激子的产生: ●单态激子: 对于真空态晶体, 若通过光激发, 使电子从价带跃迁到导带（如偶极跃迁）,被激发电子的自旋不发生改变,因为电场不能改变自旋角动量.这样,同时产生空穴的自旋与被激发电子的自旋方向相反,因此,电子与空穴对的总自旋为零. ●三重态激子:若电磁场中磁场对自旋磁矩施加力矩作用,自旋角动量会发生改变, 即自旋反转，形成自旋相同的电子与空穴对,总自旋为1.三重态激子能量低于单态激子,该能级分裂源于电子与空穴交换相互作用. 单态激子也称为邻位激子 三重态激子也称为对位激子 和 亮激子（量子点中）; 和暗激子（量子点中）. 5. 激子算符 其中 为电子在导带中产生算符； 为空穴在价带中产生算符. 为电子空穴对产生算符. ●视激子为玻色子,即 成立条件： 在 体积内电子空穴对密度较小. 11.2对简单激子模型的修正 1.对介电函数的修正 ●若激子束缚能 小于纵模光学声 子的能量,相应激子玻尔半径大于极化子 半径,则使用纵模光学声子的低频介电常 数,极化子质量，能隙即 例如 GaAs ●若激子束缚能 大于纵模光学声 子的能量, 相应激子玻尔半径接近极化子半径, 有 则 如在CdS,ZnO,CuCl或 其中 为电子与空穴之间的距离, 为 电子极化子与空穴极化子半径. 2. 对约化质量和能隙的修正 当电子与空穴在一起时,载流子对离子键 晶体的极化作用减弱,因而有效质量 与能量 的重整化减弱,即 由刚性晶格能隙变化到更窄的极化子能隙，激子的能级下降.另外,对应有效质量较小的极化子能隙,1S激子的束缚能减小,这使得1S激子的能级上升,因此以上两种效应对激子能级的影响可能得到的部分补偿. 考虑到 理论上里德 堡能量为 而实验值为 两者不相等. CB 量子阱尤其是量子点中, 激子波函数的压缩导致单态与三重态的分裂增大. 表明带与带之间的偶极跃 迁是宇称禁戒跃迁，1S态单激子或对位产生于电四极矩近似下跃迁. 5. $$