ПОЛЯРИТОН


ПОЛЯРИТОН
ПОЛЯРИТОН

       
составная квазичастица, возникающая при вз-ствии экситона или оптич. фонона с фотонами частоты w=?/ћ, где ? — энергия экситона или фонона. Свойства П., напр. их дисперсии закон, существенно отличаются от свойств как экситонов, так и фотонов. П. обусловливают особенности оптич. спектров полупроводников и диэлектриков в области экситонных или фононных полос поглощения.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ПОЛЯРИТОН

- составная квазичастица, возникающая при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды. Взаимодействие эл.-магн. волн с возбуждениями среды, приводящее к их связи, становится особенно сильным, когда их частоты 4008-202.jpgи волновые векторы k совпадают (резонанс). В этой области образуются связанные волны, т. е. П., к-рые обладают характерным законом дисперсии 4008-203.jpgИх энергия состоит частично из эл.-магнитной и частично из энергии собств. возбуждений среды. П., образующиеся в результате взаимодействия фотонов с разл. возбуждениями среды - оптич. фононами, экситонами, плазмонами, маг-нонами и т. д., наз. соответственно фононными П., экситонными П. (светоэкситонами), плазмонным и П., магнонными П. и т. д. Для описания фононных П. необходимо решить ур-ния колебаний кристаллич. решётки совместно с ур-ниями Максвелла. В простейшем случае кубич. кристалла с изолиров. фононным резонансом на частоте w0 решение даёт след. соотношение для дисперсии фононных П. (без учёта затухания):

4008-204.jpg

Здесь 4008-205.jpg- диэлектрическая проницаемость среды,4008-206.jpg- высокочастотная (по отношению к 4008-207.jpg) диэлектрич. проницаемость,4008-208.jpg 4008-209.jpg- частоты поперечного и продольного длинноволновых оптич. фононов (см. Колебания кристаллической решётки, Фонон). Дисперсия П. показана на рис. 1 сплошными кривыми 1 и 2; штриховыми линиями показаны дисперсия не взаимодействующих фотонов 4008-210.jpg (3 )и поперечных фононов (4 )при малых значениях волнового вектора k; тонкая линия 5 соответствует дисперсии фотонов в вакууме 4008-211.jpg Взаимодействие приводит к образованию двух дисперсионных ветвей 1 и 2 (нижней и верхней), разделённых щелью, простирающейся от частоты поперечного оптич. фонона 4008-213.jpg (резонанс) до частоты продольного оптич. фонона 4008-214.jpg определяемой из условия 4008-215.jpg= 0. Для длинноволновых П. нижней ветви 4008-216.jpg где 4008-217.jpg- статическая диэлектрич. проницаемость. На рис. 2 показана зависимость от k доли 4008-218.jpg фононной энергии в П. нижней (1 )и верхней (2 )ветвей. Лишь в области с очень большими величинами волновых векторов k, где 4008-219.jpg= 0 или 1, П. имеют фотонный или фононный характер, а во всей промежуточной области - смешанный. Т. о., П. представляют собой собств. состояния (нормальные волны) полной системы - среда плюс эл.-магн. поле, а фотоны и фононы становятся нормальными волнами лишь вдали от области резонансного пересечения дисперсионных ветвей невзаимодействующих фотонов и фононов.


4008-212.jpg



Рис. 2. Зависимость доли фононной энергии r в поляритоне от волнового вектора k.


4008-220.jpg



Энергетич. щель между 4008-221.jpgи 4008-222.jpgотвечает отрицат. значению диэлектрич. проницаемости среды. На таких частотах эл.-магн. волна не может распространяться в среде [волновой вектор в этой области частот является, как следует из (1), чисто мнимой величиной]. Однако в этой области частот могут существовать т. н. поверхностные П. (поверхностные эл.-магн. волны), к-рые распространяются вдоль границы раздела двух сред. Их амплитуда экспоненциально спадает при удалении от границы раздела. Поверхностные П. являются нерадиационными волнами, т. к. они не могут ни превращаться в фотоны, уходящие от поверхности, ни возбуждаться при простом освещении поверхности. В случае плоской границы среды с вакуумом дисперсия поверхностных П. определяется соотношением


4008-223.jpg


При больших значениях 4008-224.jpgповерхностный П. переходит в поверхностный фонон, частота к-рого 4008-225.jpg (рис. 1) определяется из условия 4008-226.jpg= -1. В рассмотренной выше модели, отвечающей соотношению (1), 4008-227.jpg определяется соотношением

4008-228.jpg


Дисперсия поверхностных П. показана на рис. 1 пунктирной кривой 6.

Рассмотренная на примере фононных П. общая картина формирования П. и их характерные особенности присущи любым П. Отличия могут быть обусловлены особенностями спектров возбуждений среды, взаимодействующих с фотонами. Такой особенностью в случае экситонных П. является дисперсия пространственная, к-рая может быть значительной благодаря малости эфф. массы т экситона, а это приводит к зависимости от k их энергии. В простейшем случае квадратичной зависимости

4008-229.jpg

(параболич. зоны, см. Зонная теория)


4008-230.jpg


Дисперсия экситонного П. (без учёта затухания) вблизи изолиров. экситона в кубич. кристалле и в этом случае определяется ф-лой (1):

4008-231.jpg

Здесь 4008-232.jpg- частоты поперечного н продольного экситонов, зависящие от k. Дисперсия экситонных П. показана на рис. 3 сплошными кривыми 1 и 2; дисперсия фотонов (3 )и экситонов (4 )без учёта взаимодействия - штриховыми. На частотах выше 4008-233.jpgв кристалле могут одновременно распространяться две одинаково поляризованные волны, что является следствием пространств. дисперсии. Дисперсия поверхностных экситонных П. показана пунктирной кривой 6, штрихо-вой линией 5- дисперсия фотонов в вакууме.

Впервые выражение для спектра П. получено К. Б. Толпыго (1950) и Хуан Кунем (Huang Kun, 1951) в рамках классич. теории для двухатомного кубич. кристалла в фононной области спектра.


4008-234.jpg

Квантовомеханич. рассмотрение П. дано У. Фано (U. Fano, 1956) и Дж. Хопфилдом (J. Hopiield, 1958). Эксперим. измерение дисперсии фононных П. выполнено Ч. Генри (Ch. Henry) и Дж. Хопфилдом (1965), а также С. Порто (S. Porto) с помощью комбинационного рассеяния света под малыми углами. Измерение дисперсии экситонных П. впервые осуществлено в экспериментах Д. Фрёлиха (D. Frohlich, 1971) с сотрудниками по двух-фотонному поглощению света.

Изучение поверхностных П. началось в связи с исследованием распространения радиоволн [Дж. Ценнек (J. Zenneck), 1907, А. Зоммерфельд (A. Sommerfeld), 1909]. Эксперим. проявление поверхностных эл.-магн. волн на границе металла обнаружено Р. Вудом (R. Wood, 1912) в виде т. н. решёточных аномалий Вуда, их интерпретация в терминах поверхностных плазменных П. дана У. Фано (1941).

Представление о П. послужило основой для интерпретации и предсказания ряда оптич. явлений. Значит. дисперсия П. позволяет, в частности, проводить спект-роскопич. исследования как в частотном пространстве, так и в пространстве волновых векторов.

Лит.: Борн М., Хуан Кунь, Динамическая теория кристаллических решеток, пер. с англ., М., 1958; Агранович В. М., Гинзбург В. Л., Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов, 2 изд., М., , 1979; Mills D. L., Вurstein E., Polaritons the electromagnetic modes of media, "Repts Progr. Phys.", 1974, v. 37, p. 817; Пeкap С. И., Кристаллооптика и добавочные световые волны, К., 1982; Экситоны, под ред. Э. И. Рашба, М. Д. Стерджа, пер. с англ., М., 1985; Поверхностные полярито-ны, под ред. В. М. Аграновича, Д. Л. Миллса, М., 1985.

Ю. Н. Поливанов,·

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "ПОЛЯРИТОН" в других словарях:

  • поляритон — сущ., кол во синонимов: 2 • волна (35) • квазичастица (12) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • поляритон — Термин поляритон Термин на английском Синонимы Аббревиатуры Связанные термины плазмон Определение составная квазичастица, возникающая при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды. Взаимодействие электромагнитных волн с… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Поляритон — (англ. polariton)  составная квазичастица, возникающая при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды. Взаимодействие электромагнитных волн с возбуждениями среды, приводящее к их связи, становится особенно сильным, когда… …   Википедия

  • поляритон — Квазичастица, описывающая связанные между собой фонон поперечных оптических колебаний и фотон, имеющие почти одинаковые энергии и волновые векторы …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Фотон — У этого термина существуют и другие значения, см. Фотон (значения). Фотон Символ: иногда …   Википедия

  • Поверхностные поляритоны — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Викифицировать статью …   Википедия

  • НЕЛИНЕЙНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ — совокупность методов, в к рых для исследования строения в ва служат нелинейные оптич. явления. В Н. с. используются: генерация гармоник и смешение частот, нелинейное поглощение, многофотонные процессы, самоиндуцированная прозрачность, фотонное… …   Физическая энциклопедия

  • СПЕКТРЫ КРИСТАЛЛОВ — оптические, спектры поглощения, люминесценции, фотопроводимости, комбинационного рассеяния света (КРС) и отражения, возникающие при вз ствии света с в вом в крист. состоянии и лежащие в оптич. диапазоне длин волн (от далёкой ИК до УФ области). С …   Физическая энциклопедия

  • ЭКСИТОН — (от лат. excito возбуждаю), квазичастица, соответствующая электронному возбуждению в кристалле диэлектрика или ПП, мигрирующему по кристаллу, но не связанному с переносом электрич. заряда и массы. Представление об Э. введено в 1931 Я. И.… …   Физическая энциклопедия

  • КВАЗИЧАСТИЦА — (элементарное возбуждение) фундаментальное понятие квантовой теории многих тел, введение к рого радикально упрощает физ. картину и методы описания широкого круга процессов в системах многих частиц с сильным взаимодействием, в т …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.