fizik

Foton enerjisi bant aralığı enerjisinin hemen altında olduğu, yani kristalin saydam olmasını beklediğimiz durumda, yansıma ve soğrulma spektrumları bir yapı gösterir. Bu yapı soğrulan bir fotonun bağlı bir elektron-boşluk çifti yaratmasından kaynaklanır. Elektron ve boşluk aralarındaki  Coulomb  etkileşmesi nedeniyle, tıpkı hidrojen  atomundaki elektron ve proton gibi, bağlı duruma geçebilir.

Şekil 4a: Eksiton, bağlı bir elektron-boşluk çifti olup genelde kristal içinde serbestçe dolaşabilir. bazı yönlerden, bir pozitronla elektrondan oluşan pozitronyum atomuna benzer. şekilde gösterilen mott-wannier tipi eksiton zayıf bağlı olup elektron-boşluk uzaklığı örgü sabitine kıyasla büyüktür. Şekil 4b: Alkali halojen kristalinde bir atom etrafında yerelleşmiş sıkı bağlı bir Frenkel eksitonu. İdeal bir Frenkel eksitonu kristal içinde, boşluk elektronun çok yakınında olarak, bir dalga gibi dolaşır.

            Şek.4 de görülen bağlı elektron   boşluk çiftine eksiton adı verilir. Bir eksiton kristal içinde dolaşıp enerji iletebilir. Ancak nötr olduğu için elektrik yükü iletmez. Bir elektron ve pozitrondan oluşan pozitronyum parçacığının bir benzeridir.

            Eksitonlar her yalıtkan kristalde oluşabilirler. Dolaylı bir bant aralığı varsa, doğrudan bir bant civarındaki  eksitonların serbest elektron ve boşluğa dönüşmesi engellenmiş olabilir. Tüm eksitonlar en son aşama olan elektronun boşluğa düşüp onu yok etmesi olayına karşı kararsızdırlar. İki eksiton birleşerek bieksiton denilen kompleksler de oluşturabilirler.

            Kristal ortamında soğrulan bir fotonun enerjisi aralık enerjisinden büyükse her zaman bir elektron ve boşluk çifti oluştuğunu daha önce görmüştük. Doğrudan bir olayda bu sürecin ışık enerjisi   dir. Fonon yardımıyla gerçekleşen dolaylı bir olayda ise eşik, fonon enerjisi  kadar daha azdır. Eksiton uyarılma eşik enerjisi, eksitonun bağlanma enerjisi nedeniyle bu iki tür olayın eşik enerjilerinden daha düşüktür. Bu enerji Tablo 1 de görüldüğü gibi, 1 me V ile 1 eV aralığında olur.

Tablo 1: Eksiton bağlanma enerjileri  (meV)