Fotoekscitacija

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Fotoekscitacija kristala

Fotoekscitacija je apsorpcijska proizvodnja pobuđenog stanja fotonskog kvantnog sistema. Pobuđeno stanje potiče od interakcije između fotona i kvantnog sistema. Fotoni nose energiju koja je određena talasnim dužinama svetlosti koja nosi fotone.[1] Objekti koji emituju svjetlost većih talasnih dužina, emituju fotone koji nose manje energije. Za razliku od toga, svjetlost kraćih talasnih dužina emituje fotone sa više energije. Kada foton stupi u interakciju sa kvantnim sistemom, važno je znati s kojom talasnom dužinom se radi. Kraća talasna dužina će prenijeti više energije kvantnom sistemu nego duže talasne dužine.

Na atomskoj i molekulskoj skali fotoekscitacija je fotoelektrohemijski proces elektronska ekscitacija fotona apsorpcijom, kada je energija fotona preniska da izazove fotoionizaciju. Apsorpcija fotona se odvija u skladu s Planckovom kvantnom teorijom.

Fotoekscitacija ima ulogu u fotoizomerizaciji i koristi se u različitim tehnikama:

  • Solarne ćelije osjetljive na boju koriste fotoekscitaciju tako što je upotrebljavaju u jeftinijim solarnim ćelijama za masovnu proizvodnju.[2] Solarne ćelije se oslanjaju na veliku površinu, kako bi uhvatile i apsorbirale što više fotona visoke energije. Kraće talasne dužine su efikasnije za konverziju energije u poređenju sa većim talasnim dužinama, pošto kraće talasne dužine nose fotone koji su bogatiji energijom. Svjetlost koja sadrži kraće valne dužine stoga uzrokuje dužu i manje efikasnu konverziju energije u solarnim ćelijama osjetljivim na boje.
  • Fotohemija
  • Luminiscencija
  • Optičko pumpanje laseri koriste fotoekscitaciju na tako što pobuđeni atomi u laserima dobijaju enormno povećanje direktnog razmaka potrebnog za lasere.[3] Gustoća koja je potrebna za inverziju populacije u spoju Ge, materijalu koji se često koristi u laserima, mora postati 1020 cm−3 a to se postiže fotoekscitacijom. Fotoekscitacija dovodi do toga da elektroni u atomima pređu u pobuđeno stanje. U trenutku kada je količina atoma u pobuđenom stanju veća od količine u normalnom osnovnom stanju, dolazi do inverzije populacije. Inverzija, poput one izazvane germanijem, omogućava materijalima da djeluju kao laseri.
  • Fotohtromne aplikacije: Fotohromizam uzrokuje transformaciju dva oblika molekula apsorbiranjem fotona.[4] Naprimjer, BIPS molekula (2H-l-benzopiran-2,2-indolina) može se pretvoriti iz trans u cis i nazad apsorbiranjem fotona. Različiti oblici su povezani s različitim apsorpcijskim trakama. U cis-oblicima BIPS-a, prolazna apsorpciona traka ima vrijednost od 21050 cm−1, za razliku od trake iz trans-forme, koja ima vrijednost od 16950 cm−1. Rezultati su bili optički vidljivi, gdje se BIPS u gelovima pretvorio iz bezbojnog izgleda u smeđu ili ružičastu boju nakon višestrukog izlaganja visokoenergetskom UV zračenju pumpe. Visokoenergetski fotoni uzrokuju transformaciju u molekuli BIPS čineći joj promjenu strukture.

Na nuklearnoj skali, fotoekscitacija uključuje proizvodnju nukleonske i delta barionske rezonancije u jezgrima.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Pelc, J. S.; Ma, L.; Phillips, C. R.; Zhang, Q.; Langrock, C.; Slattery, O.; Tang, X.; Fejer, M. M. (17. 10. 2011). "Long-wavelength-pumped upconversion single-photon detector at 1550 nm: performance and noise analysis". Optics Express. 19 (22): 21445–56. Bibcode:2011OExpr..1921445P. doi:10.1364/oe.19.021445. ISSN 1094-4087. PMID 22108994. S2CID 33169614.
  2. ^ Law, Matt; Greene, Lori E.; Johnson, Justin C.; Saykally, Richard; Yang, Peidong (15. 5. 2005). "Nanowire dye-sensitized solar cells". Nature Materials. 4 (6): 455–459. Bibcode:2005NatMa...4..455L. doi:10.1038/nmat1387. ISSN 1476-1122. PMID 15895100. S2CID 37360993.
  3. ^ Carroll, Lee; Friedli, Peter; Neuenschwander, Stefan; Sigg, Hans; Cecchi, Stefano; Isa, Fabio; Chrastina, Daniel; Isella, Giovanni; Fedoryshyn, Yuriy; Faist, Jérôme (1. 8. 2012). "Direct-Gap Gain and Optical Absorption in Germanium Correlated to the Density of Photoexcited Carriers, Doping, and Strain". Physical Review Letters. 109 (5): 057402. Bibcode:2012PhRvL.109e7402C. doi:10.1103/physrevlett.109.057402. ISSN 0031-9007. PMID 23006206.
  4. ^ PRESTON, D.; POUXVIEL, J.-C.; NOVINSON, T.; KASKA, W. C.; DUNN, B.; ZINK, J. I. (11. 9. 1990). "ChemInform Abstract: Photochromism of Spiropyrans in Aluminosilicate Gels". ChemInform. 21 (37). doi:10.1002/chin.199037109. ISSN 0931-7597.