Photonenabsorption und -emission: Leiter vs. Halbleiter

Es fällt mir schwer zu verstehen, wie sich die Photonenabsorption und -emission in Metallen (Leitern) im Vergleich zu Halbleitern verhält. Offensichtlich führen in SCs absorbierte Photonen zu Elektron-Loch-Paaren und emittierte Photonen entsprechen Rekombinationen. Ich verstehe nicht genau, wie dieser Prozess in Metallen funktioniert, da wir Löcher überhaupt nicht berücksichtigen (und im Wesentlichen keine Bandlücke haben).

Betrachten wir absorbierte Photonen nur als die Förderung von Elektronen in angeregte Zustände und nicht als Paarbildung?

Warum genau geben Metalle absorbiertes Licht schnell ab? Ich habe gelesen, dass Licht Wechselströme auf der Metalloberfläche induziert und dass ACs schnell Licht emittieren, aber ich habe keine Ahnung warum. Ich bin mir nicht sicher, was Wechselströme damit zu tun haben (ich bin mir sicher, dass es eine offensichtliche Erklärung gibt, mit der ich vertraut sein sollte).

Ich bin mit der Bandstruktur in SCs besser vertraut und tue mich daher schwer, Strahlungsprozesse in Metallen mit SCs zu vergleichen.

Über Wechselströme, in einem Metall sind die Elektronen so schwach gebunden, dass, wenn man das System mit einer Wechselspannungsquelle antreibt, die Elektronen mit nahezu gleicher Frequenz schwingen. Wir können uns die Elektronen dann als zeitabhängige Dipole vorstellen, die Strahlung mit der Schwingungsfrequenz aussenden. Die abgestrahlte Leistung ist proportional zu ω 4 Dipolstrahlung .

Antworten (1)

Wahrscheinlich ist es nützlich, Absorption/Emission in Metallen als Anregung oder Relaxation des Elektronenplasmas abzubilden. Im Falle der Absorption wird die Lichtenergie für die Oszillation des Elektronenplasmas aufgewendet, ergänzt durch die Beschleunigung der Elektronen. Für den Anfang ist das Verständnis der Drude-Theorie der Metalle nützlich.

Wenn dies der Fall ist, warum entspannt sich das Elektronenplasma so schnell (wenn ich das richtig sage)? Warum geben Metalle absorbiertes Licht so viel schneller wieder ab als Materialien mit Bandlücke?
Wahrscheinlich, weil das Elektronenplasma in Metallen dichter ist als in Halbleitern.
Okay, lass mich sehen, ob ich das richtig verstanden habe. Ich habe mich ein wenig mit Plasmonen beschäftigt. Wie wäre es damit: Wir stellen uns ein Metall als Plasma vor. Bei (bestimmten) dotierten Halbleitern denken wir an Plasmonen wie an Metalle. Bei Metallen ist die Bedeutung der Plasmonenfrequenz ( ω P ) ist das für ω P > ω Photon , das Metall ist reflektierend, und z ω P < ω Photon , das Metall ist transparent. Halbleiter haben eine niedrigere ω P als Metalle und sind daher weniger reflektierend (Metalle haben eine höhere Tendenz, Photonen wieder zu emittieren). Wird mir warm?
Nahe genug. Der Hauptunterschied zwischen Plasmen in Metallen und Halbleitern besteht darin, dass die Metalle Elektronenplasma enthalten und Halbleiter Elektron-Loch-Plasma enthalten, dh Plasma, das aus sowohl negativ als auch positiv geladenen Teilchen besteht. Daher sind in Halbleitern unterschiedliche Anregungen (Oszillationen) eines solchen Plasmas möglich, dh es gibt nicht nur Plasmonen, sondern auch Exzitonen, die positive und negative Ladungen korrelieren.
Außerdem können Elektronen- und Lochplasmen vernichten oder erzeugt werden, was einen Beitrag zur optischen Reaktion leistet. Daher ist die Physik der Licht-Materie-Wechselwirkungen in Halbleitern und Metallen etwas anders für den Frequenzbereich, der nahe an der Bandlücke liegt.
Wenn wir dann Metalle mit SCs vergleichen, wie unterscheiden wir dann zwischen SCs, die Licht in der Größenordnung der Bandlücke absorbieren können, während Metalle im Allgemeinen reflektieren oder übertragen? Gibt es eine einfache Möglichkeit, dies zu erklären?
Der Hauptmechanismus der Absorption in Halbleitern für Frequenzen, die nahe an der Bandlücke liegen, sind Übergänge zwischen den Bändern, ergänzt durch die Bildung von Elektron-Loch-Paaren und exzitonische Absorption. Normalerweise ist die Konzentration von Ladungsträgern in Halbleitern viel geringer als in Metallen, jedoch ist immer noch Plasmaeffekt als Abschirmung und hauptsächlich sogenannte freie Ladungsträgerabsorption vorhanden. In Metallen ist die Absorption des Plasmas der dominierende Faktor für Wechselwirkungen mit optischer Strahlung.
Ich würde dieses Buch empfehlen: Haug, Koch "Quantentheorie der optischen und elektronischen Eigenschaften von Halbleitern". Es deckt die meisten Fragen ab, die wir hier diskutieren
Photonenabsorption und -emission: Leiter vs. Halbleiter
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