Являются ли дырки фундаментальной частицей? Они настоящие или просто конструкция?

В некоторых учебниках по электронике дырки рассматриваются как просто конструкция, в то время как в учебниках по физике твердого тела подразумевается, что дыры — вполне реальная вещь. Я понимаю, что дырки - это вакансии (p-n переходы), которые движутся к катоду, а электроны - к аноду, однако дырка - это реальная вещь или это просто конструкция? Я просто хочу думать об этом как о конструкции, но я хочу услышать общее мнение. Например, рекомбинация происходит в полупроводнике, когда электрон заполняет дырку.

Что именно имеется в виду, когда фотон поглощается полупроводником (например, кремниевый фотодетектор поглощает фотон видимого красного цвета с более низкой энергией около 400 нм в пределах ширины запрещенной зоны). Когда полупроводник поглощает фотон, он не может просто превратиться в электрон, потому что заряд, спин и лептонное число будут нарушены. Превращается ли он в электрон и дырку, и является ли дырка реальной элементарной частицей? Имеет ли смысл движение электрона и дырки в противоположных направлениях к аноду и катоду соответственно, когда происходит поглощение излучения?

слово «фундаментальная частица» зарезервировано для частиц в стандартной модели физики элементарных частиц en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model . Электрон является одним из них и его существование не зависит от среды.
Как сказала Анна. Вы не можете думать о дыре без среды или конструкции.
Спасибо, я так и думал. Тогда как сохраняются заряд, спин и лептонное число, когда фотон захватывается фотогальваническим элементом/фотодетектором или испускается светоизлучающим диодом? Просто высвобождение электронного нейтрино или антинейтрино? Имеет ли это какое-либо практическое значение для фотодетекторов/светодиодов?

Ответы (2)

Чтобы ответить на ваш вопрос о сохранении заряда / лептонного числа / спина: определение «дырки» как отсутствия электрона требует, чтобы «вокруг» было много электронов. Всякий раз, когда что-то является отсутствием чего-то другого, это означает, что присутствие чего-то по умолчанию. Вы также можете определить дырку в бумаге, потому что вокруг есть бумага, но вы бы не указали на небо и не сказали: «О, смотри! Дырка в бумаге». То же самое и с электронами: в описанном вами сценарии вы должны думать о том, что в кристалле много электронов, занимающих разные состояния (квантово-механические состояния) | Ψ к → ⟩ . Фотон возбудит один из этих электронов | Ψ к 0 → ⟩ , переводя его в другое состояние | Φ ⟩ . Тогда у вас есть один возбужденный электрон и одна дырка во всех других состояниях.

Ваш другой вопрос задан, является ли это понятие дыр все, что есть по этой теме. Это не:

Подумайте об этом: представьте электроны как маленькие шарики конечного диаметра, находящиеся в состоянии покоя, например, расположенные в виде квадрата. Уберите один из этих мячей. Это твоя дыра. Теперь вы приложите электрическое поле, которое разгонит все шарики влево. Что происходит с твоей дырой? Правильно, он ускоряется и влево. Это не то поведение, которое вы ожидаете от полупроводниковых дырок, которые должны всячески имитировать положительные заряды.

Чтобы объяснить полупроводниковое целое, мы должны вернуться ко «всем состояниям». Ψ к → , н , упоминалось ранее. Кроме того, нам нужно то, что называется полосовой структурой. И нам нужно уравнение Шрёдингера. Его решения в полупроводнике можно обозначить через | Ψ к → , н ⟩ , где n обозначает вызываемую полосу. Для каждой полосы n существует класс состояний | Ψ к → , н ⟩ удовлетворяющее уравнению Шредингера с энергиями Е ( к → ) .введите описание изображения здесь

Это изображение показывает Е ( к → ) довольно хорошо. Важно то, что классические свойства электрона (например, ускорение) ведут себя так, как если бы они имели массу, пропорциональную второй производной от Е ( к → ) . Это называется эффективной массой . Следующее: состояния обычно заполняются от самой низкой энергии до самой высокой. Предположим, что одна из нижних энергетических зон на картинке полностью заполнена электронами. Теперь один электрон возбуждается фотоном в одну из «полос» более высоких энергий (которая была бы высшей параболой на картинке). Единственный электрон, находящийся в зоне более высоких энергий, находится где-то рядом к → "=" 0 . Парабола имеет здесь положительную вторую производную (что означает положительную эффективную массу). Теперь посмотрите на отверстие: оно находится на максимуме нижней параболы и имеет отрицательную эффективную массу. Таким образом, приложение электрического поля ускорит его в том направлении, в котором вы ожидаете ускорения положительного заряда.

Короче говоря: в физике полупроводников дырка — это не просто отсутствие электрона, а определенное состояние квантово-механической системы многих тел, которое вообще не ведет себя как отсутствие электрона.

Спасибо, прочитав ваш ответ, я понял, насколько глуп мой вопрос и как я полностью забыл некоторые ключевые понятия! Фотон поглощается атомом Si (во многом подобно хорошо известным спектральным линиям поглощения водорода), таким образом, фотон «съедается» атомом, если хотите, и его энергия уходит на возбуждение электронной орбитали. форсируя валентный электрон на дно зоны проводимости. Фотон не имеет ни заряда, ни лептонного числа, а его спин сохраняется в новом возбужденном атомном орбитальном состоянии. Электроны не создаются; свободный электрон просто оставляет после себя дырку.
и да, дырка — это больше, чем просто отсутствие электрона, потому что она нарушает блоховскую волновую функцию/периодический потенциал, так что это фактически состояние многих тел. На самом деле дырка — это многочастичное состояние многих электронов в кристаллической решетке, поэтому для существования дырке нужны и электроны, и решетка (как вы сказали, вы не говорите: «О, смотрите, в ней есть бумажная дырка). небо"). Это абсолютно не фундаментальная частица; это конструкция или суперпозиция электронов в возмущенном периодическом потенциале.
@Quantumwhisp-один незначительный момент. Вы пишете: **Подумайте об этом: представьте электроны как маленькие шарики конечного диаметра, находящиеся в покое, например, расположенные в виде квадрата. Убери один из этих мячей. Это твоя дыра. Теперь вы прикладываете электрическое поле, которое разгоняет все шарики влево. Что происходит с вашей дыркой? Правильно, он ускоряется и влево. ** Но не будет ли дырка ускоряться в противоположном направлении, как это делает шарик (электрон), т. е. вправо?
@descheleschilder Если вы представляете дыру просто как отсутствие «шара», то нет, она будет ускоряться влево, как и все шары вокруг. Из-за этого наивная картина дырки просто как «отсутствия электрона» не дает объяснения, почему дырки ведут себя как положительные заряды. Чтобы объяснить наблюдаемое поведение дырок (которое было бы ускорением вправо), вы должны проделать все упомянутые мной трюки с множеством частиц/эффективной массой.

Дырки можно понимать только как вакантные орбитали, а дырки не являются элементарными частицами.

Являются ли дырки фундаментальной частицей? Они настоящие или просто конструкция?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v