光學、熱學與輸運性質

激子

/ EK-sy-ton /

當一道閃光把晶體裡某個電子從它的位置上踢出去時,會在原處留下一個空位。這個空位表現得像一份正電荷,而被釋放出來的負電子仍被它牽引著。就像兩塊各自漂移、卻鬆鬆成對的磁鐵,電子與那個空位可以互相繞轉。這一對被束縛著、相互起舞的搭檔,就是激子。

更確切地說,激子就是一個電子和它身後留下的空穴,靠彼此間的電吸引被綁在一起,並作為一個不帶淨電荷的整體在材料裡游走。它有點像一個氫原子,只不過那顆質子不過是一個缺失的電子,而整件事都發生在固體內部——周圍的原子削弱了這份吸引,讓這對搭檔繞得更開。激子攜帶能量,卻不帶淨電荷,因此它能在材料裡搬運能量,卻不挪動任何電流。

激子之所以重要,是因為它主宰著光如何變成有用的能量、以及材料如何發光。在許多太陽能電池裡,它是光被吸收後最先形成的東西;在 LED 或發光螢幕裡,它又是最後發出光的東西,因此收穫它或拆開它,是這些器件的核心。一個誠實的提醒是:在普通的矽裡,這對搭檔綁得太鬆,室溫下的熱量幾乎瞬間就把它撕開;只有在束縛很強的材料裡,激子才真正舉足輕重,比如有機染料、某些二維薄片,以及量子點。

在 OLED 手機螢幕發光的像素裡,被注入的一個電子和一個空穴相遇,短暫地結成一個激子,隨後一起湮滅——把儲存的能量以一顆紅、綠或藍的光子釋放出來。螢幕上每一點光,都是一個激子的消亡。

OLED 螢幕的每個像素,都是在一個激子形成、隨後把能量釋放成光時點亮的。

激子攜帶能量卻不帶淨電荷,所以它對電流沒有貢獻。要把被吸收的光變成電,太陽能電池必須在電子和空穴復合消失之前,把它倆拉開。

又稱
激子