Поглощение и излучение фотонов: проводники против полупроводников

Мне трудно понять, как поглощение и испускание фотонов в металлах (проводниках) сравнивается с полупроводниками. Очевидно, что в СЭ поглощенные фотоны приводят к электронно-дырочным парам, а испускаемые фотоны соответствуют рекомбинациям. Я не совсем понимаю, как этот процесс работает в металлах, поскольку мы вообще не рассматриваем дырки (и практически не имеем запрещенной зоны).

Считаем ли мы, что поглощенные фотоны просто переводят электроны в возбужденные состояния, а не генерируют пары?

Почему именно металлы быстро испускают поглощенный свет? Я читал, что свет индуцирует переменные токи на поверхности металла и что переменный ток быстро испускает свет, но понятия не имею, почему. Я не уверен, какое отношение к этому имеют переменные токи (я уверен, что есть очевидное объяснение, с которым я должен быть знаком).

Я больше знаком с зонной структурой в СЭ, и поэтому мне сложно сравнивать радиационные процессы в металлах с СЭ.

Что касается переменного тока, в металле электроны настолько слабо связаны, что когда вы приводите систему в действие источником переменного напряжения, электроны колеблются почти с той же частотой. Тогда мы можем думать об электронах как о зависящих от времени диполях, излучающих излучение с частотой колебаний. Излучаемая мощность пропорциональна ю 4 Дипольное излучение .

Ответы (1)

Вероятно, это полезно для визуализации поглощения/испускания в металлах как возбуждения или релаксации электронной плазмы. В случае поглощения энергия света тратится на колебания электронной плазмы, дополненные ускорением электронов. Для начала будет полезно понимание теории металлов Друде.

Если это так, то почему электронная плазма так быстро релаксирует (если я правильно выражаюсь)? Почему металлы повторно излучают поглощенный свет намного быстрее, чем материалы с запрещенной зоной?
Вероятно, потому, что электронная плазма в металлах более плотная, чем в полупроводниках.
Хорошо, позвольте мне посмотреть, правильно ли я понял. Я немного почитал о плазмонах. Как насчет этого: мы думаем о металле как о плазме. Для (некоторых) легированных полупроводников мы думаем о плазмонах так же, как и в металлах. В металлах значение плазмонной частоты ( ю п ) это для ю п > ю фотон , металл является отражающим, и для ю п < ю фотон , металл прозрачный. Полупроводники имеют более низкую ю п чем металлы, и, следовательно, имеют меньшую отражательную способность (металлы имеют более высокую склонность к повторному излучению фотонов). Я согреваюсь?
Достаточно близко. Основное отличие плазмы в металлах и полупроводниках состоит в том, что в металлах содержится электронная плазма, а в полупроводниках — электронно-дырочная плазма, т. е. плазма, состоящая из частиц, заряженных как отрицательно, так и положительно. Поэтому в полупроводниках возможны различные возбуждения (колебания) такой плазмы, т.е. существуют не только плазмоны, но и экситоны, то есть корреляция между положительными и отрицательными зарядами.
Кроме того, электронная и дырочная плазма могут аннигилировать или генерироваться, внося вклад в оптический отклик. Поэтому физика взаимодействия света с веществом в полупроводнике и металлах несколько отличается для частотного диапазона, близкого к запрещенной зоне.
Тогда, сравнивая металлы с SC, как мы различаем SC, которые могут поглощать свет порядка ширины запрещенной зоны, в то время как металлы обычно отражают или пропускают свет? Есть ли простой способ объяснить это?
Основным механизмом поглощения в полупроводниках для частот, близких к запрещенной зоне, являются межзонные переходы, дополненные рождением электронно-дырочных пар и экситонным поглощением. Обычно концентрация носителей заряда в полупроводниках значительно меньше, чем в металлах, однако плазменный эффект все еще присутствует в виде экранирования и в основном так называемого поглощения свободных носителей. В металлах поглощение плазмы является доминирующим фактором взаимодействия с оптическим излучением.
Я бы рекомендовал эту книгу: Хауг, Кох "Квантовая теория оптических и электронных свойств полупроводника". Он охватывает большинство вопросов, которые мы здесь обсуждаем.
Поглощение и излучение фотонов: проводники против полупроводников
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v