Absorción óptica en un semiconductor para E El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Surag El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Cita de Dispositivos electrónicos de estado sólido (por Ben G. Streetman y Sanjay Banerjee): Un fotón con energía menor quemigramo mi gramo E_ges incapaz de excitar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Por lo tanto, en un semiconductor puro, la absorción de fotones es insignificante conh v <migramo. h v < mi gramo . hv<E_g.Esto explica por qué algunos materiales son transparentes en ciertas regiones de longitud de onda. ¿Significa esto que los electrones no absorben fotones conmi<migramo mi < mi gramo E < E_g? Si es así, ¿cómo es posible que un electrón "conozca" la energía del fotón sin absorberla? mecánica cuántica óptica materia Condensada fotones semiconductor-física El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z La pregunta que he vinculado es sobre un átomo/molécula aislado en lugar de una estructura de banda en un sólido, pero se aplica el mismo argumento. El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Juan Rennie El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Ruslán El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z La absorción no es un evento instantáneo. A nivel de mecánica cuántica simple, este sistema se puede describir de la siguiente manera. La evolución del electrón en el cristal se rige por la ecuación de Schrödinger . El campo electromagnético externo, es decir, la luz que proyectamos sobre el cristal, es una adición periódica al hamiltoniano. Cuando comienzas a brillar la luz en el cristal, el electrón en estado|mi1⟩ | mi 1 ⟩ |E_1\rangleestá cambiando cuasiperiódicamente su estado: básicamente oscila cerca|mi1⟩ | mi 1 ⟩ |E_1\rangle. Pero si hay un nivel de energíami2 mi 2 E_2tal queh ν= |mi2−mi1| h v = | mi 2 − mi 1 | h\nu=|E_2-E_1|, aumenta la probabilidad de que el electrón aparezca en ese nivel cuando se mide, es decir, su estado después de algún tiempot t tapareceα ( t ) |mi1⟩ + β( t ) |mi2⟩ α ( t ) | mi 1 ⟩ + β ( t ) | mi 2 ⟩ \alpha(t)|E_1\rangle+\beta(t)|E_2\rangle. ¿Por qué? Esto es muy similar a la resonancia mecánica . Suponga que tiene una pelota muy pesada colgando de una cuerda de masa despreciable. Aplicar alguna fuerza de frecuencia arbitraria sobre él no hará que oscile mucho. Pero si aplica fuerza a la frecuencia propia de este péndulo, incluso una fuerza pequeña, aplicada durante un tiempo suficiente, puede hacer que la amplitud de oscilación sea bastante alta. "De alguna manera" el péndulo conoce su frecuencia propia :) Cuando tienes bandas de energías permitidas, entonces el papel de|mi2⟩ | mi 2 ⟩ |E_2\ranglees tocado por cualquiera de los niveles en la banda satisfactoriah ν= |mi1−mi2| h v = | mi 1 − mi 2 | h\nu=|E_1-E_2|. Sih ν<migramo h v < mi gramo h\nu<E_g, entonces no hay tales niveles, por lo que dicha radiación no puede ser absorbida. Tenga en cuenta que hay algunas diferencias con la resonancia mecánica: por ejemplo, la probabilidad no puede exceder1 1 1, por lo que en lugar de un aumento ilimitado, de hecho, oscila cuando la radiación se suministra durante el tiempo suficiente; se denomina ciclo de Rabi . El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Tenía la impresión de que no se produce ninguna interacción entre un electrón y un fotón conmi<migramo mi < mi gramo E<E_g, que como ahora entiendo no es el caso. Decir que el material es 'transparente' a ciertas frecuencias significaría que la interacción entre el fotón y el electrón debería durar muy poco tiempo. ¿Estoy en lo correcto? El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Surag El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Sí, siempre hay interacción entre electrones y fotones: esta es la razón por la cual la velocidad de fase de los fotones cambia en el material transparente, dando lugar a la refracción. Y sí, puedes ver esto como un fotón que pasa cerca del electrón y lo perturba levemente por un corto tiempo. El fotón se absorbe y se vuelve a emitir en el proceso, cambiando su fase, pero es más bien un tema de electrodinámica cuántica, que realmente no conozco actualmente (en contraste con la opción más simple: la mecánica cuántica). El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Ruslán El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z ajmeteli El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Diría de la misma manera que una viga gruesa en una estructura "sabe" que estás tratando de arrancarla: temporalmente se desplaza un poco debido a tu esfuerzo, pero luego vuelve a su estado estable. Entonces, los electrones no son totalmente inmunes al fotón (por ejemplo, el cristal adquiere un momento minúsculo debido a la presión de la luz, si el fotón se refleja en el cristal). El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z

Cita de Dispositivos electrónicos de estado sólido (por Ben G. Streetman y Sanjay Banerjee):

Un fotón con energía menor que mi gramo es incapaz de excitar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Por lo tanto, en un semiconductor puro, la absorción de fotones es insignificante con h v < mi gramo . Esto explica por qué algunos materiales son transparentes en ciertas regiones de longitud de onda.

¿Significa esto que los electrones no absorben fotones con mi < mi gramo ? Si es así, ¿cómo es posible que un electrón "conozca" la energía del fotón sin absorberla?

La pregunta que he vinculado es sobre un átomo/molécula aislado en lugar de una estructura de banda en un sólido, pero se aplica el mismo argumento.

Respuestas (2)

La absorción no es un evento instantáneo. A nivel de mecánica cuántica simple, este sistema se puede describir de la siguiente manera.

La evolución del electrón en el cristal se rige por la ecuación de Schrödinger . El campo electromagnético externo, es decir, la luz que proyectamos sobre el cristal, es una adición periódica al hamiltoniano. Cuando comienzas a brillar la luz en el cristal, el electrón en estado | mi 1 ⟩ está cambiando cuasiperiódicamente su estado: básicamente oscila cerca | mi 1 ⟩ . Pero si hay un nivel de energía mi 2 tal que h v = | mi 2 − mi 1 | , aumenta la probabilidad de que el electrón aparezca en ese nivel cuando se mide, es decir, su estado después de algún tiempo t aparece α ( t ) | mi 1 ⟩ + β ( t ) | mi 2 ⟩ .

¿Por qué? Esto es muy similar a la resonancia mecánica . Suponga que tiene una pelota muy pesada colgando de una cuerda de masa despreciable. Aplicar alguna fuerza de frecuencia arbitraria sobre él no hará que oscile mucho. Pero si aplica fuerza a la frecuencia propia de este péndulo, incluso una fuerza pequeña, aplicada durante un tiempo suficiente, puede hacer que la amplitud de oscilación sea bastante alta. "De alguna manera" el péndulo conoce su frecuencia propia :)

Cuando tienes bandas de energías permitidas, entonces el papel de | mi 2 ⟩ es tocado por cualquiera de los niveles en la banda satisfactoria h v = | mi 1 − mi 2 | . Si h v < mi gramo , entonces no hay tales niveles, por lo que dicha radiación no puede ser absorbida.

Tenga en cuenta que hay algunas diferencias con la resonancia mecánica: por ejemplo, la probabilidad no puede exceder 1 , por lo que en lugar de un aumento ilimitado, de hecho, oscila cuando la radiación se suministra durante el tiempo suficiente; se denomina ciclo de Rabi .

Tenía la impresión de que no se produce ninguna interacción entre un electrón y un fotón con mi < mi gramo , que como ahora entiendo no es el caso. Decir que el material es 'transparente' a ciertas frecuencias significaría que la interacción entre el fotón y el electrón debería durar muy poco tiempo. ¿Estoy en lo correcto?
Sí, siempre hay interacción entre electrones y fotones: esta es la razón por la cual la velocidad de fase de los fotones cambia en el material transparente, dando lugar a la refracción. Y sí, puedes ver esto como un fotón que pasa cerca del electrón y lo perturba levemente por un corto tiempo. El fotón se absorbe y se vuelve a emitir en el proceso, cambiando su fase, pero es más bien un tema de electrodinámica cuántica, que realmente no conozco actualmente (en contraste con la opción más simple: la mecánica cuántica).

Diría de la misma manera que una viga gruesa en una estructura "sabe" que estás tratando de arrancarla: temporalmente se desplaza un poco debido a tu esfuerzo, pero luego vuelve a su estado estable. Entonces, los electrones no son totalmente inmunes al fotón (por ejemplo, el cristal adquiere un momento minúsculo debido a la presión de la luz, si el fotón se refleja en el cristal).

Absorción óptica en un semiconductor para E El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Surag El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Cita de Dispositivos electrónicos de estado sólido (por Ben G. Streetman y Sanjay Banerjee): Un fotón con energía menor quemigramo mi gramo E_ges incapaz de excitar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Por lo tanto, en un semiconductor puro, la absorción de fotones es insignificante conh v <migramo. h v < mi gramo . hv<E_g.Esto explica por qué algunos materiales son transparentes en ciertas regiones de longitud de onda. ¿Significa esto que los electrones no absorben fotones conmi<migramo mi < mi gramo E < E_g? Si es así, ¿cómo es posible que un electrón "conozca" la energía del fotón sin absorberla? mecánica cuántica óptica materia Condensada fotones semiconductor-física El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z La pregunta que he vinculado es sobre un átomo/molécula aislado en lugar de una estructura de banda en un sólido, pero se aplica el mismo argumento. El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Juan Rennie El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Ruslán El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z La absorción no es un evento instantáneo. A nivel de mecánica cuántica simple, este sistema se puede describir de la siguiente manera. La evolución del electrón en el cristal se rige por la ecuación de Schrödinger . El campo electromagnético externo, es decir, la luz que proyectamos sobre el cristal, es una adición periódica al hamiltoniano. Cuando comienzas a brillar la luz en el cristal, el electrón en estado|mi1⟩ | mi 1 ⟩ |E_1\rangleestá cambiando cuasiperiódicamente su estado: básicamente oscila cerca|mi1⟩ | mi 1 ⟩ |E_1\rangle. Pero si hay un nivel de energíami2 mi 2 E_2tal queh ν= |mi2−mi1| h v = | mi 2 − mi 1 | h\nu=|E_2-E_1|, aumenta la probabilidad de que el electrón aparezca en ese nivel cuando se mide, es decir, su estado después de algún tiempot t tapareceα ( t ) |mi1⟩ + β( t ) |mi2⟩ α ( t ) | mi 1 ⟩ + β ( t ) | mi 2 ⟩ \alpha(t)|E_1\rangle+\beta(t)|E_2\rangle. ¿Por qué? Esto es muy similar a la resonancia mecánica . Suponga que tiene una pelota muy pesada colgando de una cuerda de masa despreciable. Aplicar alguna fuerza de frecuencia arbitraria sobre él no hará que oscile mucho. Pero si aplica fuerza a la frecuencia propia de este péndulo, incluso una fuerza pequeña, aplicada durante un tiempo suficiente, puede hacer que la amplitud de oscilación sea bastante alta. "De alguna manera" el péndulo conoce su frecuencia propia :) Cuando tienes bandas de energías permitidas, entonces el papel de|mi2⟩ | mi 2 ⟩ |E_2\ranglees tocado por cualquiera de los niveles en la banda satisfactoriah ν= |mi1−mi2| h v = | mi 1 − mi 2 | h\nu=|E_1-E_2|. Sih ν<migramo h v < mi gramo h\nu<E_g, entonces no hay tales niveles, por lo que dicha radiación no puede ser absorbida. Tenga en cuenta que hay algunas diferencias con la resonancia mecánica: por ejemplo, la probabilidad no puede exceder1 1 1, por lo que en lugar de un aumento ilimitado, de hecho, oscila cuando la radiación se suministra durante el tiempo suficiente; se denomina ciclo de Rabi . El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Tenía la impresión de que no se produce ninguna interacción entre un electrón y un fotón conmi<migramo mi < mi gramo E<E_g, que como ahora entiendo no es el caso. Decir que el material es 'transparente' a ciertas frecuencias significaría que la interacción entre el fotón y el electrón debería durar muy poco tiempo. ¿Estoy en lo correcto? El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Surag El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Sí, siempre hay interacción entre electrones y fotones: esta es la razón por la cual la velocidad de fase de los fotones cambia en el material transparente, dando lugar a la refracción. Y sí, puedes ver esto como un fotón que pasa cerca del electrón y lo perturba levemente por un corto tiempo. El fotón se absorbe y se vuelve a emitir en el proceso, cambiando su fase, pero es más bien un tema de electrodinámica cuántica, que realmente no conozco actualmente (en contraste con la opción más simple: la mecánica cuántica). El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Ruslán El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z ajmeteli El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z Diría de la misma manera que una viga gruesa en una estructura "sabe" que estás tratando de arrancarla: temporalmente se desplaza un poco debido a tu esfuerzo, pero luego vuelve a su estado estable. Entonces, los electrones no son totalmente inmunes al fotón (por ejemplo, el cristal adquiere un momento minúsculo debido a la presión de la luz, si el fotón se refleja en el cristal). El clima es bueno ahora. Ahora es 2023-03-12T07:15:07.885Z
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