化学徒の備忘録

化学系の用語や論文をわかりやすく紹介していきます

励起子(ワニエ型励起子・フレンケル型励起子)とは

励起子とは

励起子 (exciton) とは、伝導帯の電子と価電子帯の正孔がクーロン相互作用によって束縛された準粒子である。また、励起子は、量子力学的にはボース粒子として取り扱われている。

励起子は半導体などの物質の光物性を理解するうえで重要となり、反射スペクトルや吸収スペクトル、発光スペクトルには励起子の光学応答が現れる。

ワニエ型励起子とフレンケル型励起子

励起子はワニエ (Wannier) 型とフレンケル (Frenkel) 型の2種類に分類される。

ワニエ型励起子は、電子と正孔の対が結晶空間の中で、ある程度の広がりを持っている状態である。この広がりの尺度が有効ボーア半径である。また、水素原子型エネルギー系列のエネルギー状態である。

半導体の励起子の多くはワニエ型である。

フレンケル型励起子は、結晶の単位胞の中に励起子が閉じ込められた状態である。

有機分子結晶の励起子の多くはフレンケル型である。