горячая люминесценция

ГОРЯЧАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ - испускание света квантовой системой (молекулой, твёрдым телом), находящейся в возбуждённом электронном состоянии, в ходе установления теплового равновесия с окружающей средой (обычная люминесценция происходит при тепловом равновесии системы с окружающей средой). Г. л. испускается при переходах с высоких электронных уровней энергии (заселяемых при возбуждении); в обычной люминесценции они играют существ. роль лишь при высоких темп-pax. Г. л. испускают молекулы (в парах и в конденсиров. фазе) и экситоны в полупроводниках.

Г. л. молекулярных систем возникает в процессе колебат. (вращательной) релаксации в возбуждённом электронном состоянии (рис.). Отношение интенсивностей горячей и обычной люминесценции в условиях стационарного возбуждения , где - время жизни на возбуждённом колебат. уровне (время колебат. релаксации), - время жизни возбуждённого электронного состояния. Интенсивная Г. л. наблюдается для ряда свободных молекул в газах, а также у нек-рых двухатомных молекул в матрицах благородных газов, где . Однако большинство молекулярных центров люминесценции в конденсиров. среде относится к т. н. быстро релаксирующим системам. Для них~10^-11-10^-12 с, а ~10^-8-10^-9 с, и Г. л. обычно в 10³-10⁴ раз слабее обычной люминесценции. В отличие от обычной люминесценции в спектрах Г. л. проявляются колебания молекулы не только в основном, но и в возбуждённом электронном состоянии; кроме того, спектры Г. л. зависят от длины волны возбуждающего света. Г. л. несёт информацию о быстро протекающих релаксационных процессах.

Схема уровней центра люминесценции и квантовых переходов в нём: 1 - при поглощении им возбуждающего излучения, 2 - при обычной люминесценции, 3, 4 - при горячей люминесценции; S₀- основной электронный уровень энергии, S₁- возбуждённый электронный уровень, - колебательные уровни энергии; волнистой стрелкой показаны переходы при колебательной релаксации.

Г. л. экситонов в полупроводниках возникает в том случае, когда кинетич. энергия экситонов превышает энергию, к-рой они обладают в состоянии теплового равновесия при данной темп-ре кристалла. Эти т. н. горячие экситоны рождаются в полупроводнике в актах непрямого экситонного поглощения при переходах в состояния выше дна экситонной зоны. При умеренных интенсивностях возбуждения (т. е. при небольшой плотности экситонов) релаксация кинетич. энергии экситонов осуществляется в осн. путём испускания продольных оптич. фононов (LO-фононов), при этом экситоны релаксируют по квазиуровням с энергией (где - частота возбуждающего света, - частота оптич. фонона, n - целое число). В процессе релаксации возможны излучательные переходы с квазиуровней, и в спектре люминесценции наблюдаются максимумы, разделённые интервалами . Поскольку процессы LO-релаксации идут весьма быстро (~10^-11-10^-12 с), интенсивность Г. л. обычно очень мала. Самый низкий уровень экситона, достигаемый при LO-релаксации, имеет значительно большее время жизни, т. к. дальнейшая релаксация возможна лишь с участием акустич. фононов и идёт значительно медленнее. Поэтому Г. л. с нижнего уровня существенно интенсивнее, чем с более высоких (горячих) уровней экситона.

Исследования Г. л. полупроводников дают важную информацию о процессах релаксации и распределении экситонов по кинетич. энергии, а также о роли экситонов разл. типа в процессах переноса энергии.

Лит.: Pебане К. К., Саари П. M., Горячая люминесценция и процессы релаксации, "Изв. АН СССР, сер. физ.", 1976, T. 40, с. 1778 P. И. Персонов.

   <<      Предметный указатель      >>