Polaron

Le Polaron est un Quasiparticle composé d'électron plus son champ de accompagnement de la polarisation . Un électron lent dans un cristal diélectrique du , agissant l'un sur l'autre avec les ions du trellis par les forces à longue portée sera de manière permanente entouré par une région de la polarisation du trellis et de la déformation provoquée par l'électron mobile. Se déplaçant par le cristal, l'électron porte la déformation de trellis avec lui, ainsi on peut parler d'un nuage des phonons accompagnant l'électron.

La polarisation en résultant de trellis agit en tant que puits potentiel du qui gêne les mouvements de la charge , de ce fait diminuant sa mobilité. Polarons ont la rotation , bien que deux polarons tous proches soient spinless. Ce dernier s'appelle un Bipolaron .

En science des matériaux , un polaron est formé quand une charge dans une chaîne moléculaire influence la géométrie nucléaire du local , causant une atténuation (ou même l'inversion) des amplitudes en esclavage voisines d'alternance. Ce " ; " de l'état Excited ; possède une force entre les bandes inférieures et supérieures.

Le concept d'un polaron est employé tout en discutant des manières pour préparer un polymère électriquement conducteur. Comme exemple, PPV (poly paraphenylenevinylene), est actuellement le polymère de conduite disponible dans le commerce le plus populaire. En cela il est essayé pour créer un état excited qui alors est par la suite détendu et l'énergie est émise d'une façon radiative (émettant la lumière) ou d'une façon non radiative (vibration etc. Une des manières les plus simples de créer un tel " ; state" excited ; (c. un polaron) est en alternant la géométrie en esclavage qui est faite en enduisant le polymère. Dans Bipolaron un deux de les unités chargées existent dans une chaîne moléculaire. Un liquide de Polaron de a été trouvé en perovskites enduites de cuprate montrant la superconductivité élevée de comité technique.

Théorie de Polaron

Le landau et S. étaient à la base de la théorie de polaron. Une charge placée dans un milieu polarisable sera examinée. La théorie diélectrique du décrit le phénomène par l'induction d'une polarisation autour du porteur de charge. La polarisation induite suivra le porteur de charge quand elle se déplace par le milieu. Le porteur ainsi que la polarisation induite est considéré en tant qu'une entité, qui s'appelle un Polaron (voir la fig.

Absorption optique de Polaron

L'expression pour l'absorption magnéto-optique d'un polaron est :

$\ Gamma (\ Omega) \ propto - \ frac {\ mathrm {Im} \ sigma (\ Omega)}{\ parti \) de sigma (\ Omega \ right^2 + \ left^2}. \ qquad \ qquad \ qquad \ qquad (3)$

Ici, le $\ omega_ {c}$ est la fréquence de cyclotron de pour un électron de rigide-bande. L'absorption magnéto-optique Γ (Ω) à la fréquence Ω prend la forme Σ (Ω) est le soi-disant " ; function" de mémoire ; , qui décrit la dynamique du polaron. Σ (Ω) dépend également du α, du β et du $\ de omega_ {c}$ .

En l'absence d'un champ magnétique externe ( $\ omega_ {c} =0$ ) le spectre d'absorption optique (3) du polaron à l'accouplement faible est déterminé par l'absorption de l'énergie de rayonnement, qui reemitted sous forme de phonons de LO. À un plus grand accouplement, le $\ alpha \ GE 5.9$ , le polaron peuvent subir des transitions vers un état excited interne relativement stable appelé le " ; state" excited relaxed ; (Recherche) (voir la fig. La crête de recherche dans le spectre a également une bande latérale de phonon, qui est liée à un Franck-Condon-type transition.

Une comparaison des résultats et des approches analytiques approximatives de DSG est donnée dans le réf.

Les calculs de la conductivité optique pour le polaron de Fröhlich ont exécuté dans la méthode schématique de Quantum Monte Carlo ou plus de phonons. La nature des états excited d'un polaron nécessite davantage d'étude.

Application de suffisamment fort externe magnétique champ laissent un pour satisfaire résonance condition $\ Omega = \ Omega _ {\ mathrm {c}} + \ mathrm {au sujet de} \ sigma (\ Omega)$ , qui {(pour < de $\ omega_c \ omega$ )} détermine la fréquence de résonance de cyclotron de polaron. De cette condition également la masse de cyclotron de polaron peut être dérivée. Using les modèles de polaron théoriques les plus précis pour évaluer le $\ sigma (\ Omega)$ , les données expérimentales de cyclotron peuvent être bien expliquées.

L'évidence pour le caractère de polaron des porteurs de charge dans AgBr et AgCl a été obtenue par des expériences à haute précision de résonance de cyclotron dans des champs magnétiques externes jusqu'à 16 T. La magnéto-absorption de tout-accouplement a calculé dans le réf., mène au meilleur accord quantitatif entre la théorie et l'expérience pour AgBr et AgCl. Cette interprétation quantitative de l'expérience de résonance de cyclotron dans AgBr et AgCl.

L'effet de polaron bien au-dessus de l'énergie de phonon de LO a été étudié par des mesures de résonance de cyclotron, par exemple, en semi-conducteurs d'II-VI, observés dans des champs magnétiques ultra-hauts. L'effet résonnant de polaron se manifeste quand la fréquence de cyclotron approche l'énergie de phonon de LO dans des champs magnétiques suffisamment élevés.

Polarons dans deux dimensions et en structures de quasi-2D

Le grand intérêt pour l'étude du gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) a également eu comme conséquence beaucoup d'investigations sur les propriétés des polarons dans deux dimensions. Un modèle simple pour le 2D système de polaron se compose d'un électron confiné à un avion, agissant l'un sur l'autre par l'intermédiaire de l'interaction de Fröhlich avec les phonons de LO d'un milieu 3D environnant. L'individu-énergie et la masse d'un si 2D polaron ne sont plus décrites par les expressions valides dans 3D ; pour l'accouplement faible elles peuvent être rapprochées comme :

$\ frac {\ delta E} {\} hbar \ Omega \ approximativement - \ frac {\ pi} {2} \ alpha \ - 0.06397 \ alpha^2 ; \ qquad \ qquad \ qquad \ qquad (4)$

$\ frac {m^*} {m} \ approximativement 1+ \ frac {\ pi} {8} \ alpha \ + 0. \ qquad \ qquad \ qquad \ quadruple (5)$

On lui a montré que les relations simples de graduation existent, reliant les propriétés physiques des polarons dans le 2D à ceux dans 3D. Un exemple d'une telle relation de graduation est.

Également dans les 2D systèmes la résonance de cyclotron est un outil commode pour étudier des effets de polaron. Bien que plusieurs autres effets doivent être tenus compte (le nonparabolicity de l'électron se réunit, effet du Beaucoup-corps , la nature du potentiel de emprisonnement, etc.), l'effet de polaron est clairement indiqué dans Massachusetts de cyclotron. Un 2D système intéressant se compose des électrons sur des films de liquide il. Dans ce système les électrons le couplent aux ripplons du liquide, formant le " ; ripplopolarons" ;. L'accouplement efficace peut être relativement grand et, pour quelques valeurs des paramètres, l'individu-piégeage peut résulter. La nature acoustique de la dispersion de ripplon à de longues longueurs d'onde est un aspect clé du piégeage. Pour des puits et des super-réseaux de quantum de GaAs/Al_xGa_1-xAs, l'effet de polaron s'avère pour diminuer l'énergie des états de distributeur peu profonds à de bas champs magnétiques et mène à une division résonnante des énergies aux champs magnétiques élevés. Les spectres d'énergies de tels systèmes polaronic comme les donateurs peu profonds (" ; polarons" attaché ;), les centres par exemple, de D₀ et de D^-, constituent la spectroscopie de polaron la plus complète et la plus détaillée réalisée dans la littérature.

Dans la GaAs/hélas on a observé des puits de quantum avec la densité d'électrons suffisamment élevée, anticrossing des spectres de cyclotron-résonance près de la fréquence optique transversale (TO) de phonon de GaAs plutôt que près de la fréquence de LO-phonon de GaAs. Cet anticrossing près de la fréquence d'À-phonon a été expliqué dans le cadre de la théorie de polaron.

Sans compter que les propriétés optiques, beaucoup d'autres propriétés physiques des polarons ont été étudiées, y compris la possibilité d'individu-piégeage, de transport de polaron, de résonance de magnetophonon, etc.

Prolongements du concept de polaron

Significatifs sont également les prolongements du concept de polaron : polaron acoustique, polaron piézoélectrique du , polaron électronique, polaron attaché, polaron emprisonné, polaron de la rotation , polaron moléculaire, polarons solvatisés, exciton polaronic, polaron de Jahn-Guichet, petit polaron, Bipolarons et beaucoup-polaron de systèmes.

Un nouvel aspect du concept de polaron a été étudié pour le Nanostructures de semi-conducteur : les états d'exciton-phonon ne sont pas factorizable dans un produit adiabatique Ansatz, de sorte qu'un traitement non-adiabatique du soit nécessaire. Le non-adiabaticity s systèmes d'exciton-phonon mène à un perfectionnement fort des probabilités de transition phonon-aidées (par rapport à ceux traités adiabatique) et aux spectres optiques de multiphonon qui sont considérablement différents de la progression de Franck-Condon même pour de petites valeurs de la constante électron-phonon d'accouplement de même que le point de droit pour des nanostructures typiques de semi-conducteur.

Références et notes

articles

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