Absorción y emisión de fotones: conductores frente a semiconductores

Me cuesta entender cómo la absorción y emisión de fotones en metales (conductores) se compara con los semiconductores. Obviamente, en los SC, los fotones absorbidos dan lugar a pares electrón-hueco y los fotones emitidos corresponden a recombinaciones. No entiendo exactamente cómo funciona este proceso en los metales, ya que ni siquiera consideramos los agujeros en primer lugar (y esencialmente no tenemos una brecha de banda).

¿Simplemente consideramos que los fotones absorbidos promueven electrones a estados excitados, en lugar de generar pares?

¿Por qué exactamente los metales emiten luz absorbida rápidamente? He leído que la luz induce corrientes alternas en la superficie metálica y que los AC emiten luz rápidamente, pero no tengo idea de por qué. No estoy seguro de qué tienen que ver las corrientes alternas con esto (estoy seguro de que hay una explicación obvia con la que debería estar familiarizado).

Estoy más familiarizado con la estructura de bandas en los SC y, por lo tanto, me resulta difícil comparar los procesos radiativos en los metales con los SC.

Acerca de las corrientes alternas, en un metal los electrones están tan débilmente unidos que cuando manejas el sistema con una fuente de voltaje AC, los electrones oscilan con casi la misma frecuencia. Entonces podemos pensar en los electrones como dipolos dependientes del tiempo que emiten radiación a la frecuencia de oscilación. La potencia radiada es proporcional a ω 4 Radiación Dipolo .

Respuestas (1)

Probablemente, es útil para obtener imágenes de absorción/emisión en metales como una excitación o relajación del plasma de electrones. En el caso de la absorción, la energía de la luz se gasta en la oscilación del plasma de electrones complementada con la aceleración de los electrones. Para empezar, será útil comprender la teoría de los metales de Drude.

Si este es el caso, ¿por qué el plasma de electrones se relaja tan rápido (si lo digo correctamente)? ¿Por qué los metales reemiten la luz absorbida mucho más rápido que los materiales de banda prohibida?
Probablemente, porque el plasma de electrones en los metales es más denso que en los semiconductores.
OK, déjame ver si tengo esto claro. He hecho una pequeña lectura de plasmones. ¿Qué tal esto? Pensamos en un metal como un plasma. Para (ciertos) semiconductores dopados, pensamos en los plasmones como lo hacemos en los metales. En los metales, la importancia de la frecuencia de plasmones ( ω pag ) es que para ω pag > ω fotón , el metal es reflectante, y para ω pag < ω fotón , el metal es transparente. Los semiconductores tienen una menor ω pag que los metales y, por lo tanto, son menos reflectantes (los metales tienen una mayor tendencia a volver a emitir fotones). ¿Me estoy calentando?
Suficientemente cerca. La principal diferencia de los plasmas en metales y semiconductores es que los metales contienen plasma de electrones, y los semiconductores contienen plasma de huecos de electrones, es decir, plasma que consta de partículas cargadas tanto negativa como positivamente. Por lo tanto, en los semiconductores, son posibles diferentes excitaciones (oscilaciones) de dicho plasma, es decir, no solo hay plasmones, sino también excitones que es una correlación entre cargas positivas y negativas.
Además, los plasmas de electrones y huecos pueden aniquilarse o generarse contribuyendo a la respuesta óptica. Por lo tanto, la física de las interacciones luz-materia en semiconductores y metales es un poco diferente porque el rango de frecuencia está cerca de la banda prohibida.
Entonces, comparando los metales con los SC, ¿cómo diferenciamos entre los SC que pueden absorber luz del orden de la brecha de banda, mientras que los metales generalmente reflejan o transmiten? ¿Hay una manera simple de explicar esto?
El principal mecanismo de absorción en los semiconductores para frecuencias cercanas a la brecha de banda son las transiciones entre bandas complementadas por la creación de pares electrón-hueco y la absorción excitónica. Por lo general, la concentración de portadores de carga en los semiconductores es mucho menor que en los metales, sin embargo, el efecto de plasma todavía está presente como un apantallamiento y la llamada absorción de portadores libres principalmente. En los metales, la absorción del plasma es un factor dominante en las interacciones con la radiación óptica.
Recomendaría este libro: Haug, Koch "Teoría cuántica de las propiedades ópticas y electrónicas de los semiconductores". Cubre la mayoría de las preguntas que estamos discutiendo aquí.
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