Электронные возбуждения - один из видов нарушений (дефектов) идеальной кристаллической решетки. В самом деле, в идеальном ионном кристалле частично заполненные энергетические зоны от­сутствуют. Следовательно, появившийся свободный электрон в зо­не проводимости является одним из дефектов. Аналогично обстоит дело и в случае появления незанятого электроном квантового со­стояния (дырки) в валентной зоне.

2. Нерелаксированные и релаксированные электронные возбуждения в щелочно-галоидчых кристаллах (10,12,17,19-31]

Как показано в §2.1, основными электронными возбуждениями в Щга являются стабильные возбуждения типа электронно-дырочных пар и низкоэнергетических анионных экситонов. Рассмотрим их воз­можные состояния и свойства.

При поглощении кристаллом кванта света достаточной энергии () совершается переход электрона из валентной зоны в зону проводимости, возникает нерелаксированное электронное возбуж­дение - зонный электрон, свойства которого определяются в конечном итоге структурой .зоны проводимости. За время с. электрон, сильно взаимодействуя с колебаниями решетки (с фонона-ми), релаксирует, т.е. переходит в равновесное состояние. Движу­щийся электрон вызывает поляризацию своего непосредствонного ок­ружения, т.е. относительное смещение положительных и отрицатель­ных ионов решетки. Электрон, двигаясь по решетке, увлекает за собой состояние поляризации окружения. Электрон проводимости в ионном кристалле часто называют поляроном. Хотя поляронный эф­фект для электронов имеет место, тем не менее они мигрируют на­столько быстро, что вызываемая ими инерционная поляризация ок­ружающей кристаллической решетки не успевает развиться в такой степени, чтобы сильно замедлить движение электронов. Электроны остаются подвижными вплоть до; температуры жидкого гелия. Локализация электронов в регулярных узлах кристаллической решетки (самозахват, автолокализация) не обнаружена. Как нерелаксирован­ное так и релаксированное (поляронное) состояния электрона яв­ляются состояниями зонного типа. Это не означает, конечно, что свойства "горячих" электронов, имеющих энергию в несколько элокт-ронвольт, не могут отличаться от свойств тепловых электронов. Горячий электрон в ЩГК может иметь весьма интересные свойства, учитываемые, в частности, в теориях электрического пробоя ЦГК, а в последнее время и в люминесцентных явлениях (см.: ра], с.7). Поскольку различия в свойствах релаксированного и нерелаксирован-ного состояний электрона выражены слабо, они изучены пока зна­чительно 'хуже, чем соответствующие различия для дырок и экситонов ([20],c.37).

При облучении ЩГК светом из области переходов зона-зона про­исходит ионизация иона галоида (). В начальный момент в валент­ной зоне образуется дырка, обладающая запасом кинетической энер­гии относительно потолка зоны ("горячая" дырка). Перемещаясь по кристаллу, дырка отдает избыток энергии кристаллу (релаксирует) и "всплывает" к потолку валентной зоны. Атом галоида (Х°) неус­тойчив и в процессе релаксации образует с соседним ионом мо­лекулярный ион . Образование вида при достаточно низких температурах стабильно и ориентировано в направлении < 110> р гранецентрированных кристаллах. Расстояние между ядре т галои­дов, входящих в состав - центра, называемого обычно Vk- цент­ром, уменьшается на 30-40%, однако они по-прежнему занимают два анионных узла (рис. 2.3). В данном случае имеет место локализация образующейся при облучении зонной дырки на двух ионах галоида, т.е. автолокализация дырки. Одновременная локализация электро». нон ча дефектах кристаллической решетки прэдотвращаат их рекомбинацию с автолокализоовными дырками и делает возможным дли-дельное существование Vk - центров.

Образовавшаяся при облучении дырка проходит до полной релак­сации (автолокализации) некоторое расстояние. Если такая не пол­ностью релансированная дырка встречает на пути ион активирую­щей примеси , то она может захватиться им и образовать - центр. Пробег дырка до полной релаксации может быть значитель­ным ( ~100 а, где а - постоянная решетки).

Энергия связи свободного молекулярного иона Xg определяет в основном энергетическую структуру Vk-центра.

Электронная структура основного и возбужденного состоя­ний Vk - центра аналогична таковой в в свободном молекулярном ионе . На­личие окружающей решетки вносит лишь небольшие изменения в эту структуру. Для Vk -центров характерно наличие сравнительно интенсивных полос поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Спектры оптического поглощения Vk - центра сильно зависят от природы ани­она и слабо - от катиона. Это еще разподтверждает, что автоло-калиаованная дырка представляет собой молекулярный ион лишь слегка искаженный решеткой. Следует подчеркнуть, что Vk - центры могут образовываться и регулярных узлах решетки, в окрестности которых нет никаких структурных дефектов.

Интересным является вопрос о влиянии температуры на вероят­ность автолокализации дырок. Если релаксированное и нерелакси-рованное состояние квазичрстицы разделены потенциальным барье­ром, то можно ожидать уменьшения скорости релаксация с пониже нием температуры. До настоящего времени нет экспериментальных данных, которые можно было бы трактовать как проявление актива-ционного барьера для автолокализации дырок. Напротив, обнаружено уменьшение вероятности автолокализации дырок при высоких температурах. В случае кристаллов, содержащих активирующую при­месь, наблюдаемый факт предположительно объясняют увеличением вероятности захвата нерелаксированной дырки активатором () в области высоких температур. Возможно, это связано с наличием у активаторного центра потенциального барьера, препятствующего захвату тепловой дырки при низких температурах.

При достаточно низких температурах Vk - центры, созданные при облучении кристалла, стабильны, т.е. как число, так и ориен­тация их остаются неизменными в течение длительного времени. Однако при повышении температуры наблюдаются термически активи­рованные процессы реориентации и движения Vk -центров, приводящие к уменьшению концентрации последних. Термическую стабильность Vk- центров характеризуют с помощью так называемых темпе­ратуры реориентации Тr, и делокализации (разрушения) Тd . Эти температуры определяются как температуры, при которых скорости изменения ориентации и концентрации Vk -центров максимальны. В случае - центров значения Тr и Тd близки между собой. Например, для NaCl Tr= 133 К, Td = 150 К; для KCt Тr, = 173 К, Тd = 210 К; для КВr Тr, = 143 К , Тd = 160 К ([20], с.60). Это явля­ется отражением того факта, что оба процесса определяются одним механизмом.