ПОЛЯРОН


ПОЛЯРОН
ПОЛЯРОН

       
электрон проводимости, движущийся в кристалле внутри потенциальной ямы. возникающей вследствие поляризации и деформации крист. решётки им самим. П.— составная квазичастица (электрон + связанные с ним фононы), к-рая может перемещаться по кристаллу как нечто целое. П. может быть носителем заряда в кристалле. Эффективная масса П. значительно больше, чем у электрона.

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

ПОЛЯРОН

- носитель заряда (для определённости - электрон), окружённый (одетый) "шубой" виртуальных фононов, способный перемещаться вместе с ней по кристаллу. Электрон-фононное взаимодействие приводит наряду с обычным рассеянием электрона на фононах (см. Рассеяние носителей заряда )также к изменению энер-гетич. спектра электронов (поляронный эффект). Понятие "П." введено С. И. Пекаром (1946), к-рый предложил первую модель П., основанную на взаимодействии электрона проводимости с длинноволновыми продольными оптич. фононами в ионных кристаллах [1]. Механизм этого взаимодействия электростатический. Продольные оптич. колебания ионной решётки (см. Колебания кристаллической решётки )сопровождаются волной электрич. поляризации, и создаваемое ею электрич. поле действует на электрон. Впоследствии термин "П." приобрёл более широкий смысл и применяется к электрону, взаимодействующему с любыми фононами, а также с. магнонами и др. квазичастицами.


4008-253.jpg


Рис. 2. Магнетофононный резонанс в энергетическом спектре полярона. Кривые 1 и 1' - циклотронная частота w с в функции магнитного поля Н; 2- затухание Г состояния 1' за счёт испускания оптического фонона.


4008-254.jpg


Поляризац. электрон-фононное взаимодействие-электрона с оптич. фононами описывается гамильтонианом

4008-255.jpg

где 4008-256.jpg- операторы уничтожения и рождения фонона с волновым вектором q, r- пространств. координата электрона. Коэф.4008-257.jpg наз. фрёлиховской константой связи, равен [2]:

4008-258.jpg

Здесь т- эффективная масса электрона, 4008-259.jpg- частота продольных оптич. ДВ-фононов (при q =0), 4008-260.jpg - статич. диэлектрическая проницаемость,4008-261.jpg- диэлектрич. ВЧ-проницаемость (электронный вклад).

В зависимости от величины 4009-1.jpgразличают случаи слабой 4009-2.jpg промежуточной 4009-3.jpg и сильной 4009-4.jpg электрон-фононных связей.

Полярон сильной связи. При 4009-5.jpg поляризация решётки является статической, она создаёт потенциал, захватывающий электрон на локальный уровень, а электрон своим электрич. полем поддерживает поляризацию, т. <е. возникающее состояние является самосогласованным. Ур-ние Шрёдингера для П. имеет вид [1-3]:

4009-6.jpg

где 4009-7.jpg- энергия электрона в поле решётки.

Поляризация решётки выражается через 4009-8.jpg=4009-9.jpgгде 4009-10.jpg - электростатич. индукция, создаваемая электрич. зарядом с плотностью 4009-11.jpg Энергия электрона в поле решётки 4009-12.jpg< 0, а полная энергия П., включающая энергию поляризации решётки, равна 4009-13.jpg Ур-ние (3) описывает автолокали-зов. состояние электрона с радиусом локализации 4009-14.jpg (см. Автолокализация).

Ур-ние (3) справедливо, если 4009-15.jpgзначительно больше постоянной решётки (П. большого радиуса). Энергия 4009-16.jpg и условие применимости адиабатич. приближения, когда электрон движется в поле неподвижной решётки, 4009-17.jpg При этом применима теория сильной связи, в к-рой параметром разложения является 4009-18.jpg

Из-за взаимодействия фононов с автолокализов. электроном вблизи П. изменяется фононный спектр, т. е. образуются локальные фононные моды с частотами 4009-19.jpg Их возбуждение соответствует образованию связанных состояний П. с фононами [4]. Три частоты фононов обращаются в нуль, что означает возникновение 3 трансляционных степеней свободы П. Энергия П.

4009-20.jpg

его эфф. масса

4009-21.jpg

Быстрый рост 4009-22.jpgс увеличением 4009-23.jpg объясняется тем, что движение П. сопровождается перемещением его поляризац. "шубы". Ур-ние (3) кроме осн. состояния П. описывает также возбуждённое автолокализов. состояния. Оптпч. переходы между ними являются причиной поглощения света на частотах 4009-24.jpg

Полярон слабой связи. При 4009-25.jpg свойства П. описываются с помощью теории возмущений, что приводит к ф-лам

4009-26.jpg

Ф-лы для энергии (4), (6) "сшиваются" при 4009-27.jpg5 (рис. 1). При промежуточной связи теория основывается на вариац. методах [5].

Подвижность П. 4009-28.jpg при 4009-29.jpg1 определяется их однофононным рассеянием: 4009-30.jpg При1 4009-31.jpg рассеяние П. становится двухфононным и при низких темп-рах 4009-32.jpg

При 4009-33.jpg1 поляронный эффект проявляется в т. н. маг-нетофононном резонансе [6]. Причина явления - резонансное усиление влияния электрон-фононного взаимодействия на энергетич. спектр П. в магн. поле H при циклотронной частоте электрона 4009-34.jpg Вблизи 4009-35.jpg электронный спектр расщепляется на 2 ветви (рис. 2); величина расщепления 4009-36.jpgНижняя ветвь (1) является стационарной - "затухание" Г = 0. Состояния, соответствующие верх. ветви 4009-37.jpg являются затухающими (распадными), для них Г 4009-39.jpg при 4009-40.jpg и быстро убывает с ростом 4009-41.jpg

Вблизи 4009-42.jpgизменяется волновая ф-ция П.: вдали от резонанса число виртуальных фононов в "шубе" электрона 4009-43.jpgа в резонансе N1/2.4009-44.jpg Магнетофононный резонанс наблюдается по расщеплению линий циклотронного резонанса и комбинированного резонанса, а также по межзонному поглощению света в магн. поле. Он позволяет измерить 4009-45.jpg Др. проявление полярон-ного эффекта - плавная зависимость 4009-46.jpgi, определяемая из циклотронного резонанса: 4009-47.jpgС ростом H масса П. 4009-48.jpgрастёт тем быстрее, чем больше 4009-49.jpg


4009-50.jpg

Кристалл

4009-51.jpg

4009-52.jpg

InSb

0,02

0,01

GaAs

0,06

0,07

CdTe

0,4

0, 1

CdS

0,6

0,2

AgBr

1,5

0,3

AgCl

1,8

0,4

KBr

3,7

0,5

RbCl

4,1

1,0

Величина 4009-53.jpgпри 4009-54.jpg и 4009-55.jpg- масса электрона в вакууме) велика:

4009-56.jpg 104009-57.jpgэВ - энергия электрона в атоме). Но т. к. в кристаллах чаете 4009-58.jpg

4009-59.jpg то 4009-60.jpg1 либо 4009-61.jpg 1. Поэтому П. слабой связи возникают во мн. веществах (табл.).

Полярон малого радиуса. Если 4009-62.jpgи связь сильна, то П. сосредоточен на 1-2 узлах кристаллич. решётки (П. малого радиуса). Такой П. (дырочный или электронный) взаимодействует преим. с КВ-фононами (акустическими и оптическими). Его энергия 4009-63.jpg где 4009-64.jpg- ширина разрешённой электронной зоны в кристалле с недеформиров. решёткой. Спектр П. имеет зонную структуру. Ширина поляронной зоны 4009-65.jpg= =4009-66.jpgехр(-4009-67.jpg), где 4009-68.jpg1, т. е. она крайне узка, а 4009-69.jpg столь же велика.

В совершенном кристалле при низких темп-pax p о-ляронная провод и мост ь (носители заряда- П.) является зонной, но примеси и дефекты легко разрушают поляронную зону. С ростом Т она быстро сужается, т. к. 4009-70.jpg и зонный механизм проводимости сменяется прыжковым (см. Прыжковая проводимость). В классич. области ко-эф. диффузии П. D4009-71.jpgехр(-4009-72.jpg), где 4009-73.jpg -энергия активации. Дырочные П. в щёлочно-галоидных кристаллах и отвердевших благородных газах являются молекулярными ионами типа 4009-74.jpg[6].

Неполяризационное электрон-фононное взаимодействие. В трёхмерном случае электрон, взаимодействующий с акустич. фононами, либо не автолокализуется, либо образует П. малого радиуса (это энергетич. состояние отделено от зонного состояния электрона автолокали-зац. барьером). Напротив, в одномерной системе возможно существование П. большого радиуса, причём он образуется из зонного состояния электрона "безбарьер-но" [7]. Ур-ние Шрёдингера

4009-75.jpg

в этом случае имеет точное решение (см. Шрёдингера уравнение нелинейное). В случае взаимодействия с оптич. фононами 4009-76.jpg и 4009-77.jpg=4009-78.jpg 4009-79.jpg где

4009-80.jpg 1 - константа связи. Ф-лы, аналогичные (4) и (5), имеют вид:

4009-81.jpg

Константа 4009-82.jpg выбрана так, что при слабой связи 4009-83.jpg как и в (6). Переход к сильной связи происходит при 4009-84.jpg 1, 5 , т. е. раньше, чем для трёхмерного П.

Наиб. изучены проводящие полимеры типа полиацетилена 4009-85.jpg с сопряжёнными связями (см. Квазиодномерные соединения). В нек-рых из них осн. диэлектрич. состояние системы возникает вследствие Пайерлса перехода, создающего чередующуюся последовательность одинарных и двойных связей, а в других равноценность связей нарушается также и периодич.

потенциалом окружения. П. возникает за счёт того же взаимодействия с акустич. фононами, к-рое ответственно за пайерлсовский переход. Поэтому энергия связи П. велика, сравнима с шириной запрещённой зоны (пайерл-совская щель 4009-86.jpg1 эВ). Радиус состояния велик - порядка 10 межатомных расстояний, поэтому применимо континуальное описание, типичное 4009-87.jpg Образуются также биполяроны(2 электрона в общей де-формац. яме). Из-за пайерлсовской природы осн. состояния П. описываются двухкомпонентным аналогом ур-ния (7) и тесно связаны с топологич. солитонами, существующими в этих материалах. Наличие этих 3 типов носителей заряда (П., биполярон, солитон), возможность их взаимных превращений и зависимость их относит. устойчивости от природы осн. состояния специфичны для квазиодномерных систем с большой пайерлсовской деформацией и обусловливают их электронные свойства [8].

Поляроны др. типов. В магнитоупорядоченных кристаллах П. возникают вследствие взаимодействия носителей заряда с магнонами. Напр., в антиферромагн. кристаллах вокруг электрона может возникать область ферромагн. упорядочения. Магн. П. существенно влияют на свойства полумагнитных полупроводников типа 4009-88.jpg Близки к П. флуктуоны - области с изменённым параметром порядка, возникающие вокруг носителей заряда. Аналогичны поляронные эффекты, связанные с экситонами.

Лит.:1) Пекар С. И., Локальные квантовые состояния электрона в идеальном ионном кристалле, "ЖЭТФ", 1946, т. 16, с. 341; 2) Киттель Ч., Квантовая теория твердых тел, пер. с англ., М., 1967; 3) Аппель Д ж., Fирсов IО. А., Поляроны, М., 1975; 4) Левинсон И. Б., Pашба 3. И., Пороговые явления и связанные состояния в поляронной проблеме, "УФН", 1973, т. 111, в. 4, с. 683; 5) Fейнман Р., Статистическая механика, пер. с англ., М., 1978, гл. 8; 6) Алу-кеr Э. Д., Лусис Д. Ю., Чернов С. А., Электронные возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов, Рига, 1979; 7) Pашба Э. И., Автолокализация экситонов, в кн.: Экситоны, М., 1985, гл. 13; 8) Нееgеr A. J. и др., Solitons in conducting polymers, "Rev. Mod. Phys.", 1988, v. 60, p. 781. Э. И. Рашба.

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


.

Синонимы:

Смотреть что такое "ПОЛЯРОН" в других словарях:

  • полярон — дырка, квазичастица Словарь русских синонимов. полярон сущ., кол во синонимов: 2 • дырка (19) • …   Словарь синонимов

  • ПОЛЯРОН — квазичастица, представляющая собой электрон проводимости (или дырку), движущийся вместе с вызванной им деформацией окружающей среды, в частности кристаллической решетки …   Большой Энциклопедический словарь

  • полярон — Квазичастица, представляющая собой состояние поляризации окружающего вещества, вызванное электроном проводимости, движение которого сопровождается перемещением созданной им области поляризации. [ГОСТ 22622 77] Тематики материалы полупроводниковые …   Справочник технического переводчика

  • полярон — квазичастица, представляющая собой электрон проводимости (или дырку), движущийся вместе с вызванной им деформацией кристаллической решётки. * * * ПОЛЯРОН ПОЛЯРОН, составная квазичастица (см. КВАЗИЧАСТИЦЫ), представляющая собой электрон… …   Энциклопедический словарь

  • Полярон — квазичастица, состоящая из электрона и сопровождающего поля поляризации. Медленно движущийся электрон в диэлектрическом кристалле, взаимодействующий с ионами решётки, через дальнодействующие силы будет постоянно окружён областью решёточной… …   Википедия

  • полярон — poliaronas statusas T sritis chemija apibrėžtis Ypatingos būsenos elektronas inertiškai poliarizuojamoje dielektrinėje terpėje. atitikmenys: angl. polaron rus. полярон …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • полярон — poliaronas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. polaron vok. Polaron, n rus. полярон, m pranc. polaron, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Полярон — 2. Полярон Квазичастица, представляющая собой состояние поляризации окружающего вещества, вызванное электроном проводимости, движение которого сопровождается перемещением созданной им области поляризации Источник: ГОСТ 22622 77: Материалы… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Полярон —         электрон, двигающийся по кристаллу вместе с вызываемой им деформацией решётки. Понятие введено советским физиком С. И. Пекаром. П. составная квазичастица (См. Квазичастицы): электрон + связанные с ним Фононы. Введение П. позволяет… …   Большая советская энциклопедия

  • ПОЛЯРОН — квазичастица, представляющая собой электрон проводимости (или дырку), движущийся вместе с вызванной им деформацией кристаллич. решётки …   Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

  • Природные алмазы России, . Первое издание энциклопедического характера, посвященное природным алмазам России Физические свойства и материаловедение. Применение в электронной технике и инструменте. Кристалломорфология и… Подробнее  Купить за 810 руб


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.