激子的形成过程涉及半导体或类似材料中的电子与空穴的相互作用。以下是一个简化的描述:
1. **吸收光子**:当一个光子(例如,来自太阳光或激光)击中半导体材料时,它可能会被吸收。
2. **电子激发**:光子的能量被传递给材料中的一个电子,使其从充满电子的价带(能量较低的区域)跃迁到能量较高的导带(通常为空的状态)。这个电子现在处于导带中,被称为自由电子。
3. **产生空穴**:电子从价带跃迁到导带后,它原来所在的位置留下一个带正电的空穴。空穴是一个电子缺失的位置,它在材料中移动时会尝试填补这个缺失。
4. **电子与空穴相互作用**:自由电子和空穴因为静电库仑作用而相互吸引。这种相互吸引提供了能量平衡,使得电子和空穴组成的体系的总能量低于单独的电子和空穴的能量总和。
5. **形成激子**:当电子和空穴因为相互吸引而紧密靠近时,它们就形成了一个激子。激子是一种准粒子,因为它是由两个带相反电荷的粒子组成的电中性体系。
6. **激子的寿命**:激子不是永久的,它们有一定的寿命。在这段时间内,激子可以在材料中传播,这个过程被称为激子扩散。最终,电子可能会与空穴复合,释放出能量,这个过程称为激子复合。
在某些情况下,激子不会立即复合,而是可以在材料中长时间存在,这取决于材料的性质和环境条件。激子的存在对于理解半导体材料的光电性质非常重要,因为它们是发光二极管(LED)、激光器等设备中的关键实体。
激子能级位于导带与价带之间,激子是电子未完全脱离原子核而形成对电子~空穴对。他们之间通过库伦相互作用耦合,激子的束缚能为导带底与激子能级的差值。