Экситон

Эксито́н (от лат. excito – возбуждать), элементарное коллективное электронное возбуждение (квазичастица), перемещающееся в виде волны в кристаллах диэлектриков и полупроводников, не связанное с переносом электрического заряда и массы. Понятие «экситон» предложено Я. И. Френкелем в 1931 г.

Радиусом экситона называют среднее расстояние между возбуждённым электроном и его оставшимся вакантным невозбуждённым состоянием (дыркой), связанными в экситонной волне. Экситоны имеют конечное время жизни: электрон и дырка могут рекомбинировать с излучением фотона или безызлучательно при столкновении с дефектами кристаллической решётки.

Различают экситон Френкеля, или экситон малого радиуса (связанные электрон и дырка находятся на одном узле решётки) и экситон Ванье – Мотта, или экситон большого радиуса (связанные электрон и дырка находятся на различных узлах). Экситоны проявляются в спектрах оптического поглощения полупроводников в виде узких линий – т. н. экситонных резонансов.

Существующий в виде волны экситон (т. н. свободный, или когерентный, экситон) может быть захвачен дефектом структуры решётки, образовав с ним связанный экситон. При возбуждении экситонов с помощью маломощных источников света их концентрация невелика (до 10^–14 см^–3 ) и их можно рассматривать как газ невзаимодействующих квазичастиц. При интенсивном лазерном возбуждении создаётся газ экситонов большой плотности, причём взаимодействие экситонов приводит к появлению экситонных молекул (биэкситонов), конденсации экситонов либо их распаду с образованием капель электронно-дырочной жидкости.

Экситоны играют большую роль в процессах переноса энергии возбуждения в кристалле, излучательных процессах, лазерной генерации и др.