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엑시톤(exciton)

작성일 2010-08-23

반도체나 절연체 속에서 전도전자(傳導電子)와 양공(陽孔)의 쌍이 결합하여 한 중성입자를 형성한 것. 전류를 통하지 않는 비금속의 고체(절연체)에서는 전자가 모두 원자에 강하게 속박되어 고체 안을 이동할 수 없다.

이러한 고체에 빛을 쬐면 전자가 빛에너지를 흡수하여 원자에서 튀어나와 고체 안을 돌아다니게 된다.

흡수하는 에너지가 불충분할 때 전자는 원자에서 떨어질 수 없으므로 원자안의 에너지가 높은 상태로 들뜨게 된다.

그러나 들뜬 전자는 언제까지나 그 상태로 있을수는 없다.

전자는 주위의 원자에 속박된 전자와 서로 힘을 미치기 때문에 그들 전자의 하나에 에너지를 주고 자기는 본래의 상태로 돌아간다.

이렇게 하여 전자에 주어진 에너지는 원자에서 원자로 잇따라 전해진다.

전자는 이동하지 않고 들뜸〔勵起〕만이 마치 한개의 입자처럼 고체 안을 돌아다닌다.

이러한 들뜸을 엑시톤 또는 여기자(勵起子)라 한다.

엑시톤의 존재는 절연체의 빛 흡수로 나타난다.

절연체에 여러가지 진동수 v의 빛을 찍어 그 흡수세기를 측정하면 [그림]과 같은 결과를 얻는다.


 

전자의 빛 흡수는 한 개의 광자(光子)의 흡수로 일어난다.

광자의 에너지 hv(h는 플랑크 상수)가 어떤 한계에너지 Eo보다크면(hv>E。) 전자는 고체안을 돌아다니는 상태로 들뜨게 된다.

[그림]의 높은 진동수-영역에 보이는큰 산은 이와 같은 전자들뜸에 의한 빛의 흡수를 나 타낸다.

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