Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общая физика >> Оптика | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение

Лабиринты фотонных кристаллов

Георгий Жувикин
Опубликовано в Компьютерре 13.08.2001
Содержание

Чужие здесь не ходят

Свойства проводимости твердых тел связаны со структурой спектра электронных энергетических состояний и характером их заполнения электронами. Существует две группы методов описания такой структуры. В первом случае, иногда называемом кластерным подходом, изучают не все массивное тело, а некоторый его малый фрагмент, образованный небольшой совокупностью взаимодействующих атомов. Известно, что система изолированных, невзаимодействующих друг с другом атомов обладает узкими энергетическими уровнями. При возникновении взаимодействия атомов эти уровни расщепляются, образуя группы близко расположенных уровней (см. рис.). В предельном случае большого тела эти энергетические группы превращаются в сплошные энергетические зоны, называемые разрешенными. При этом область энергий, разделяющая две соседние разрешенные зоны, называется запрещенной зоной.

Второй подход, иногда называемый волновым, основан на другой модели - представлении твердого тела в виде бесконечного идеального кристалла. Он заключается в рассмотрении движения частицы-волны в поле периодического потенциала и больше подходит для понимания общности механизмов образования энергетических зон в электронных и фотонных кристаллах. Если длина волны не попадает в резонанс с периодом решетки, частица совершает почти свободное движение. При этом ее энергетический спектр непрерывен. По мере роста энергии длина волны частицы приближается к значению, кратному периоду решетки. Из-за этого она испытывает сильное возмущение, объясняемое близостью к условию зеркального отражения волны от кристаллической плоскости (условие Брэгга). Интерференция прямой и обратной волн дает стоячую волну, из-за чего распространение частиц с энергиями, удовлетворяющими условию Брэгга, в идеальном кристалле невозможно. Так в спектре энергий образуются разрывы - запрещенные зоны. Волновой механизм образования запрещенных зон является общим для всех квантовых частиц. Существенные различия у частиц разного сорта могут проявляться при заселении ими разрешенных зон. Например, электроны подчиняются статистике Ферми, согласно которой в каждом разрешенном состоянии может находиться не более одной частицы. А вот фотоны, носители света, подчиняются статистике Бозе, и в каждом состоянии может находиться уже любое число частиц.

В зависимости от ширины запрещенной зоны и степени заполнения электронами разрешенных зон твердые тела делятся на изоляторы, проводники и полупроводники.

Наконец, следует упомянуть о сверхпроводниках, как о телах, обладающих бесконечной проводимостью на постоянном токе. Это явление наблюдается при очень низких температурах и объясняется перестройкой зоны проводимости вблизи уровня Ферми из-за спаривания электронов с противоположной ориентацией спина. В результате этого специфического взаимодействия в зоне проводимости образуется небольшая щель размером около 100 мВ, наличие которой делает невозможным энергетический обмен между электронами и узлами кристаллической решетки. Отсутствие энергетических потерь и является причиной сверхпроводимости.

Следует различать сверхпроводник и идеальный проводник. В последнем случае каждая частица находится в волновом состоянии, не испытывающем рассеяния, а сверхпроводимость - классический пример коллективного явления.

Назад


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования