在
物理学中,准粒子或称集体激发是一种发生在微观复杂系统的突现现象。
在
物理学中,准粒子或称集体激发是一种发生在微观复杂系统的突现现象。例如固态系统中会好像存在着另一种虚拟的粒子。 以
电子在
半导体中的运动为例,电子在运动过程中受到来自原子核以及其它电子的作用,然而其行为可以视作带有不同质量的自由电子。 这个带有不同质量的“电子”称为“准电子”(electron quasiparticle)。另外一个实例是在半导体的
价带集体行进的电子,其行为可以视作半导体中存在着带正电的
空穴往反方向运行。 其它的准粒子包括
声子(来自固态系统中原子的振动)、
等离子体(来自等离子体的振荡)等许多种类。
声子(Phonon)是晶体中
晶体结构集体激发的
准粒子,
化学势为零,服从
玻色-爱因斯坦统计,是一种
玻色子。声子本身并不具有物理动量,但是携带有
准动量,并具有
能量。根据
南部-戈德斯通定理,任何连续性整体对称性的自发破缺,必然对应一个零质量的玻色子。声子就是平移对称性被晶格的点阵结构自发破缺以后对应的玻色子。声子与电子的相互作用,是导致BCS超导的关键机制。
半导体吸收一个光子之后就会形成一个激子。这个过程实际上是一个电子从
价带激发到
导带而留下一个处于固定位置带正电的空穴。此时,导带中的电子会受到空穴库仑力的吸引。吸引作用提供了能量平衡,使得激子体系的总能量略小于未束缚的电子和空穴的能量。束缚态的波函数是类氢的,属于
奇异原子态,但这个束缚态的
束缚能要比氢原子小许多,而激子的半径则比氢原子的要大。这是因为,一方面,半导体中存在相邻电子的库仑屏蔽;另一方面,电子和空穴构成激子的
有效质量较小。
电子和空穴的
自旋可以是平行或反平行的。自旋通过交换作用发生耦合,于是产生了激子的
精细结构。在周期性
晶格中,激子的性质与其
动量相关。
激子的概念最早由Yakov Frenkel于1931年提出,用于解释绝缘体中的原子激发。他指出
激发态可以像实体粒子一样在晶格中穿行而不发生电荷转移。