СПЕ́КТРЫ КРИСТА́ЛЛОВ

СПЕ́КТРЫ КРИСТА́ЛЛОВ, спек­тры по­гло­ще­ния или из­лу­че­ния, обу­слов­лен­ные кван­то­вы­ми пе­ре­хо­да­ми ме­ж­ду уров­ня­ми энер­гии кри­стал­ла (осн. ве­ще­ст­ва, при­ме­сей и др. ло­каль­ных на­ру­ше­ний кри­стал­лич. ре­шёт­ки). Эти пе­ре­хо­ды мо­гут быть свя­за­ны с из­ме­не­ни­ем толь­ко энер­гии элек­тро­нов (элек­трон­ные спек­тры) или толь­ко энер­гии ко­ле­ба­тель­ных со­стоя­ний ато­мов кри­стал­ла (фо­нон­ные спек­тры), а так­же с их од­но­вре­мен­ным из­ме­не­ни­ем (виб­рон­ные спек­тры).

Уров­ни энер­гии осн. ве­ще­ст­ва кри­стал­ла груп­пи­ру­ют­ся в энер­ге­тич. зо­ны. При меж­зон­ных пе­ре­хо­дах в спек­тре воз­ни­ка­ют ши­ро­кие (энер­ге­тич. ин­тер­вал ок. 10³–10⁴ см^–1) по­ло­сы, для ко­то­рых по­ка­за­тель по­гло­ще­ния мо­жет дос­ти­гать 10⁴–10⁶ см^–1 (по­это­му ис­сле­до­ва­ние та­ких пе­ре­хо­дов воз­мож­но лишь в тон­ких об­раз­цах или по спек­трам от­ра­же­ния). Длин­но­вол­но­вый край по­ло­сы меж­зон­но­го (фун­да­мен­таль­но­го) по­гло­ще­ния для уз­ко­зон­ных по­лу­про­вод­ни­ков ле­жит в ИК-об­лас­ти спек­тра, для ши­ро­ко­зон­ных по­лу­про­вод­ни­ков и мн. ди­элек­три­ков – в ви­ди­мой об­лас­ти, для час­ти ди­элек­три­ков и для мо­ле­ку­ляр­ных кри­стал­лов – в УФ-об­лас­ти. При фун­дам. по­гло­ще­нии све­та элек­трон из ва­лент­ной зо­ны пе­ре­хо­дит в зо­ну про­во­ди­мо­сти, в ва­лент­ной зо­не при этом об­ра­зу­ет­ся дыр­ка; при ре­ком­би­на­ции элек­тро­на и дыр­ки воз­ни­ка­ют спек­тры ре­ком­би­на­ци­он­ной лю­ми­нес­цен­ции. Воз­мож­ны так­же пе­ре­хо­ды, при ко­то­рых ро­ж­да­ет­ся эк­си­тон. Эк­си­тон боль­шо­го ра­диу­са мож­но рас­смат­ри­вать как во­до­ро­до­по­доб­ную час­ти­цу (элек­трон и дыр­ка, свя­зан­ные ку­ло­нов­ски­ми си­ла­ми). В спек­трах та­ких эк­си­то­нов на­блю­да­ет­ся струк­ту­ра, обу­слов­лен­ная разл. энер­ге­тич. со­стоя­ния­ми эк­си­то­на. Эк­си­тон­ные по­ло­сы по­гло­ще­ния и лю­ми­нес­цен­ции ле­жат с длин­но­вол­но­вой сто­ро­ны края по­ло­сы фун­дам. по­гло­ще­ния и сме­ще­ны от не­го на ве­ли­чи­ну, со­от­вет­ст­вую­щую энер­гии ку­ло­нов­ско­го взаи­мо­дей­ст­вия. При низ­ких темп-рах в С. к. про­яв­ля­ет­ся струк­ту­ра, свя­зан­ная с бес­фо­нон­ны­ми и виб­рон­ны­ми пе­ре­хо­да­ми.

В за­пре­щён­ной энер­ге­тич. зо­не кри­стал­ла мо­гут воз­ни­кать ло­ка­ли­зо­ван­ные уров­ни энер­гии, со­от­вет­ст­вую­щие де­фек­там кри­стал­лич. ре­шёт­ки. В за­ви­си­мо­сти от ха­рак­те­ра про­яв­ле­ния де­фек­та их на­зы­ва­ют цен­тра­ми ок­ра­ски, цен­тра­ми лю­ми­нес­цен­ции или при­мес­ны­ми цен­тра­ми. Ато­мы пе­ре­ход­ных и ред­ко­зе­мель­ных эле­мен­тов мо­гут да­вать уз­кие (от не­сколь­ких см^–1 для ато­мов осн. ве­ще­ст­ва до 10^–3 см^–1 для ато­мов при­ме­си) ли­нии по­гло­ще­ния и лю­ми­нес­цен­ции, со­от­вет­ст­вую­щие пе­ре­хо­дам ме­ж­ду уров­ня­ми внутр. элек­трон­ных обо­ло­чек, эк­ра­ни­ро­ван­ных от влия­ния по­ля со­сед­них ато­мов. Это внут­ри­кри­стал­ли­че­ское по­ле мож­но рас­смат­ри­вать как сла­бое воз­му­ще­ние, рас­ще­п­ляю­щее уров­ни энер­гии сво­бод­но­го ато­ма. По ха­рак­те­ру рас­ще­п­ле­ния мож­но су­дить о сим­мет­рии это­го по­ля.

Ко­ле­ба­ния ре­шёт­ки, соз­даю­щие ди­поль­ный мо­мент, про­яв­ля­ют­ся в ИК-спек­трах по­гло­ще­ния. Ко­ле­ба­ния, ме­няю­щие по­ля­ри­зуе­мость кри­стал­ла, про­яв­ля­ют­ся в спек­трах ком­би­на­ци­он­но­го рас­сея­ния све­та. В мо­ле­ку­ляр­ных кри­стал­лах ко­ле­ба­тель­ный спектр со­хра­ня­ет чер­ты ко­ле­ба­тель­но­го спек­тра мо­ле­кул, об­ра­зую­щих кри­сталл, в ион­ных кри­стал­лах спектр оп­ре­де­ля­ет­ся свой­ст­ва­ми всей кри­стал­лич. ре­шёт­ки. В спек­трах по­гло­ще­ния и/или рас­сея­ния кри­стал­лов, об­ла­даю­щих упо­ря­до­чен­ной спи­но­вой под­ре­шёт­кой (напр., ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ков), мо­гут про­яв­лять­ся спи­но­вые воз­бу­ж­де­ния (маг­но­ны).