Ein Exziton ist, in der Physik, ein Quasi-Partikel , die als zu sehen sind Elektron - Lochpaar verbunden durch Coulomb - Kräfte . Eine häufig verwendete Analogie besteht darin, das Elektron bzw. das Loch mit dem Elektron und dem Proton eines Wasserstoffatoms zu vergleichen . Dieses Phänomen tritt bei Halbleitern und Isolatoren auf .
2008 wurde das erste elektronische Gerät auf der Basis von Exzitonen demonstriert, das bei kryogenen Temperaturen arbeitet. Im Jahr 2018 entwickelt die EPFL einen Transistor auf Exzitonenbasis, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Diese Technik eröffnet den Weg für eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten in der Exzitonik , einem Zweig der angewandten Physik , der sich nach dem der Photonik und Spintronik als der vielversprechendste für die Elektronik der Zukunft erweist .
Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Exzitonen:
Das Elektron und das Loch eines Mott-Wannier-Exzitons sind um ungefähr d ~ 100-400 Å voneinander getrennt, während diese Trennung für ein Frenkel-Exziton in der Größenordnung von d <5 Å liegt. Es gibt jedoch einen Zwischenfall, den wir in organischen Molekülkristallen finden und bei dem der Abstand zwischen dem Elektron und dem Loch ein- oder zweimal dem intermolekularen Abstand des nächsten Nachbarn entspricht, nennen wir dieses Exziton: Transfer-Exziton. Ladung.
Eine andere Möglichkeit, ein Exziton zu beschreiben, besteht darin, es als neutrale Polarisationswelle im Material zu betrachten.
In Halbleitermaterialien manifestiert sich das Exziton durch das Vorhandensein eines Absorptionspeaks, der bei einer Energie liegt, die niedriger als die Bandlückenenergie des Materials ist. Der Unterschied zwischen den beiden Energien ist die Bindungsenergie des Exzitons, und der Exzitonenpeak ist nur dann beobachtbar, wenn die Bindungsenergie im Vergleich zur Wärmeleistung nicht vernachlässigbar ist : . In einem Quantentopf kann die Energie des Exzitonenübergangs durch Anlegen eines elektrischen Feldes (dank des Stark-Effekts ) modifiziert werden , das die Grundlage für einen Modulator der Lichtintensität bildet: den Modulator mit Elektroabsorption.
Das Konzept der Exzitonen wurde zuerst von vorgeschlagen Yakov Frenkel in 1931 , als er die Anregung der Atome in einem Gitter in einem Isolator beschrieben. Er schlug vor, dass dieser angeregte Zustand sich wie ein Teilchen ohne erkennbaren Ladungstransfer durch das Gitter bewegen kann.