eccitone

eccitone

Coppia elettrone-buca in uno stato eccitato di un solido o di un aggregato molecolare. L’eccitazione corrisponde alla promozione di un elettrone da uno stato iniziale occupato a uno stato finale di energia più elevata inizialmente vuoto: l’elettrone eccitato e la buca corrispondente rimangono legati tra loro e possono migrare di concerto all’interno di tutto il sistema. Gli eccitoni determinano in molti casi sia le proprietà ottiche che corrispondono a righe spettrali ben definite, sia le proprietà di trasporto di energia. Costituiscono generalmente gli stati eccitati responsabili dei processi di fluorescenza e fosforescenza. Possono inoltre fungere da stati intermedi nella generazione di fotocorrente. A seconda del tipo di legame tra buca ed elettrone, si distinguono i casi estremi degli eccitoni di Wannier e degli eccitoni di Frenkel. I primi, tipici dei cristalli semiconduttori inorganici, hanno energia di legame piccola (dell’ordine di alcuni meV) rispetto all’energia di eccitazione (dell’ordine di pochi eV) e distanza tra buca ed elettrone (dell’ordine di 10 nm), che è grande rispetto al passo reticolare (dell’ordine di una frazione di nm). I secondi, tipici dei solidi organici e degli aggregati molecolari, hanno grande energia di legame (dell’ordine di una frazione di eV) e buca ed elettrone localizzati su una stessa molecola. Casi intermedi, corrispondenti a raggi eccitonici crescenti ed energie di legame decrescenti, si hanno a partire dagli eccitoni a ­trasferimento di carica in cui elettrone e buca risiedono su molecole distinte e adiacenti. La coppia legata di elettrone e buca che costituisce l’eccitone può propagarsi in modo coerente, formando stati delocalizzati su tutto il cristallo (stati di Bloch), oppure in modo incoerente, tramite processi di salto da una molecola a un’altra adiacente. Il primo caso è tipico dei cristalli covalenti, mentre il secondo è più comune nei solidi organici e negli aggregati molecolari, maggiormente soggetti agli effetti dell’interazione eccitone-fonone e del disordine strutturale. In entrambi i casi, gli eccitoni possono trasferire l’energia di eccitazione da un punto a un altro prima di decadere tramite processi radiativi o non radiativi, e questo loro ruolo è importante anche in alcuni processi di interesse biologico. Nel caso in cui un eccitone sia fortemente accoppiato con la luce e poco soggetto a fenomeni di defasamento, tipica­mente alle basse temperature, si può avere una nuova entità detta polaritone, sovrapposizione quantistica coerente di eccitone e fotone. Nel caso in cui un eccitone sia fortemente accop­piato ai fononi, può subire un processo di autointrappolamento corrispondente a una deformazione locale del reticolo cristallino.

→ Microcavità; Tecnologie fotovoltaiche