¿Las transiciones ópticas indirectas "enfrían" un poco el material?

Hasta donde yo sé, para superar la diferencia de vector de onda q necesaria para absorber el fotón, un fonón puede ser absorbido o emitido. Para evitar el segundo caso, obviamente habría que controlar con precisión la energía y el momento de los fotones entrantes.

A su pregunta con respecto a dónde se ha ido la energía: toda la energía de un cristal solo puede almacenarse en los componentes de los que está hecho (iones y electrones del núcleo) y en las interacciones entre ellos. Entonces, sí, el electrón que se eleva a un estado de mayor energía es precisamente el efecto de absorber un fotón y, por lo tanto, la energía total del cristal debe haber aumentado en consecuencia.

Creo que lo que BebopButUnsteady ya mencionó en su comentario debería tener sentido: Incluso habiendo absorbido un fonón, la energía total del cristal ha aumentado y tan pronto como se relaja en el equilibrio térmico, incluso podría terminar con más fonones que antes. . Recuerde que los fonones son bosones (e incluso cuasipartículas), por lo que no están sujetos a la conservación del número de partículas, por lo que su número y energía solo se ajustarán a las estadísticas de bosones y la energía interna del sistema (sin recordar los detalles...) .

1. De hecho, en el caso que describió, si no está disponible el fonón con las características específicas (relación de dispersión) que coincidiría con el requisito para la conservación de la energía y el momento, el fotón se reflejará a la misma frecuencia.

2. Cuando el fonón está disponible y es absorbido o emitido, la energía del cristal cambia. Solo una corrección pequeña pero importante: sucede no "porque el fonón cedió algo de impulso", sino porque con ese impulso cedió algo de energía.

El balance de energía es tal que la diferencia en la energía de dos fotones ($E_o - E_i$) es igual en la diferencia del cuerpo ( i -entrante, o -saliente). Dentro del cuerpo podemos definir dos "canales" de la energía: el cambio en la energía del electrón,$\Delta E_e$, y el cambio en la energía debido a la emisión o absorción de un fonón,$\Delta E_{ph}$. Los tres valores, en principio, pueden tener cualquier signo (siempre que se conserve la energía total): ($E_o - E_i = \Delta E_e + \Delta E_{ph})$.

Puede echar un vistazo a la Fig.3 de este artículo: http://www-personal.umich.edu/~kaviany/researchtopics/Xulin_JHT%20Review%20Laser%20Cooling%20of%20Solids%20%282%29.pdf ( Ignore la parte derecha de la imagen que describe la recombinación no radiativa del electrón [y el agujero]; eso no es directamente relevante para las preguntas que hizo).

Uno de los aspectos de la pregunta que está planteando es que hay una energía vibratoria de la red / iones cristalinos ("temperatura iónica"), y hay una energía de los electrones (se puede introducir una "temperatura electrónica" efectiva). Cuando los electrones no están en equilibrio (es decir, no ocupan los estados disponibles más bajos), la temperatura electrónica puede ser mayor. En su caso, la emisión de un fonón (s) reduce la temperatura del cristal, pero aumenta la electrónica.

Hay diferentes cosas que pueden sucederle a un electrón excitado para equilibrarse, es decir, que su temperatura se iguale a la del cristal (eventualmente): puede fluir (si hay otro conductor conectado), eso es una corriente eléctrica, o puede relajarse a un estado de menor energía a través de alguna interacción con la red (depende del sistema). Este último proceso elevaría la temperatura de la red.