экситон (англ. exciton) — (от лат. excito — возбуждаю) квазичастица, соответствующая электронному возбуждению в кристалле диэлектрика или полупроводника, мигрирующему по кристаллу, но не связанному с переносом электрического заряда и массы.

Описание

Образование экситона можно представить следующим образом: при поглощении света электрон с одного энергетического уровня (или зоны) переходит на более высокий, оставляя на исходном уровне (зоне) положительно заряженную дырку, с которой он связан кулоновским притяжением. Экситон и представляет собой связанное состояние электрона и дырки, которое аналогично состоянию электрона в атоме водорода.

Экситоны в полупроводниках с высокой диэлектрической проницаемостью (экситоны Ванье–Мотта) характеризуются большим размером (во много раз больше расстояния между атомами) и низкой энергией (порядка 0,1 эВ). В материалах с низкой диэлектрической проницаемостью, например, молекулярных кристаллах, размер экситонов (их называют экситонами Френкеля) значительно меньше: они могут находиться на одном узле кристаллической решетки и имеют энергию порядка 1 эВ. В одностенных углеродных нанотрубках могут образовываться экситоны обоих типов.

Экситоны возникают также в биологических системах, например, фотоантеннах, где экситоном называют возбужденное электронное состояние молекулы хромофора, образующееся при поглощении света. Взаимодействие хромофоров с соседними молекулами приводит к переносу электронной энергии от одной молекулы к другой, который выглядит как перемещение экситона по фотоантенне (см. фотосинтез).

Во всех системах экситоны обладают конечным временем жизни. У молекулярных экситонов оно имеет порядок наносекунд. Рекомбинация электрона и дырки или переход молекулы из возбужденного состояния в основное приводят к испусканию света (флуоресценции).

Авторы

  • Еремин Вадим Владимирович
  • Наймушина Дарья Анатольевна
  • Стрелецкий Алексей Владимирович

Источники

  1. Физический энциклопедический словарь // Ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1984.
  2. Экситон // Большая Советская энциклопедия. 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969– 1978. — http://bse.sci-lib.com/article125695.html (дата обращения: 02.08.2010).
  3. Давыдов А. С. Теория молекулярных экситонов. — М.: Наука, 1968. — 296 с.

Напишите нам