Ampliación de línea

Un ensanchamiento de la línea (también referido como un ensanchamiento mecanismo) se encuentra en la física del aumento en su mayoría no deseable en la anchura de línea de una línea espectral de la radiación - emisor de los sistemas (por ejemplo láser ) en comparación con el ancho de línea natural . El ancho de línea natural como base de comparación sigue como el ancho mínimo de la relación de incertidumbre energía-tiempo .

Visión general

Se distingue entre los siguientes mecanismos de difusión:

• En el caso de ensanchamiento homogéneo, la probabilidad de emisión para una determinada frecuencia es la misma para todas las partículas;${\ Displaystyle \ omega}$
• en el caso de un ensanchamiento no homogéneo, la probabilidad de emisión para una cierta frecuencia no es la misma para todas las partículas.${\ Displaystyle \ omega}$

El ensanchamiento de línea en imágenes de difracción de rayos X , electrones y neutrones también puede ser causado por tensiones internas en la muestra o por el hecho de que solo un área muy pequeña (< ^10-5 cm ) se dispersa de manera coherente . Se utiliza en la medición de tensión radiográfica .

El ancho de línea esperado incluso con un cristal casi libre de defectos se puede ampliar con tales efectos. Además, las fallas de apilamiento y otras desviaciones de la estructura cristalina ideal tienen un impacto en el perfil de la línea. El grado de ensanchamiento se obtiene por

1. Realiza una medición comparativa con una muestra que no presenta este efecto;
2. el ancho causado por la disposición de prueba se tiene en cuenta matemáticamente.

El ensanchamiento de línea se puede evaluar utilizando varios métodos. Se requieren funciones especiales para el perfil de línea, p. Ej. B. una distribución de Gauss o la distribución de Cauchy . Con la ayuda de tales métodos, es posible dividir la línea que se ensancha en una distorsión de red y un componente de tamaño de partícula .

En el método Warren-Averbach , matemáticamente más complejo , se lleva a cabo un análisis de Fourier del perfil de la línea, que conduce a una función de distribución para la distorsión de la red y los tamaños de partícula.

Ampliación Doppler

Si todas las direcciones posibles de movimiento en relación con el receptor ocurren en la distribución de velocidad de las partículas emisoras, resultan desplazamientos Doppler positivos y negativos de diferentes tamaños. Esto hace que la línea espectral sea más ancha. Este efecto aumenta al aumentar la temperatura.

Ampliación de aleaciones

En aleaciones en las que no se forman racimos, pero los socios de la aleación están dispuestos de forma puramente estadística, como en , se produce el ensanchamiento de la aleación. Por regla general, es solo de unos pocos meV y, por lo tanto, solo juega un papel a bajas temperaturas, ya que está cubierto por otra línea que se ensancha a altas temperaturas. Es un ensanchamiento de línea no homogéneo. ${\ Displaystyle {\ ce {Si_ {1-x} Ge_ {x}}}}$

Ampliación de fonones

En los sólidos en los que los fonones también participan en la luminiscencia , la vida útil del fonón también influye en el ancho de la línea de luminiscencia. Los fonones participan en la luminiscencia de semiconductores indirectos como el silicio. El ensanchamiento del fonón es un ensanchamiento de línea homogéneo y, por tanto, tiene la forma de una curva de Lorentz . El ensanchamiento de fonones aumenta con la temperatura, pero no llega a 0 para temperaturas cercanas al cero absoluto, la razón es que los fonones también se encuentran dispersos en los defectos. En el silicio, la mitad del ancho del ensanchamiento del fonón está muy por debajo de 1 meV incluso a temperatura ambiente  . En el caso de aleaciones en las que los fonones tienen muchos centros de dispersión, el ancho medio puede, sin embargo, tomar valores significativamente mayores.

Ampliación de glúteos o presión

La radiación de gases calientes o plasmas muestra una línea que se ensancha y aumenta con la presión . La causa radica en las colisiones entre los emisores, en las que se deforman las capas de electrones . Por un lado, esto cambia los niveles de energía del estado inicial y final del emisor. Por otro lado, la vida de la estado excitado a menudo se terminó prematuramente por el impacto. Ambos conducen a un cambio en la frecuencia o energía del fotón emitido .

Ampliación de temperatura

La distribución de la población de las bandas de un semiconductor o aislante sigue una estadística de Fermi-Dirac . Por tanto, a temperaturas más altas, también se ocupan energías estadísticamente más altas. Lo especial de este ensanchamiento de línea es que no se puede clasificar en el esquema de ensanchamiento de línea homogéneo o no homogéneo. A temperaturas suficientemente altas, se puede describir utilizando estadísticas de Boltzmann , es decir, una función exponencial decreciente. En sólidos, a altas temperaturas, es el ensanchamiento determinante de la línea que esconde otros efectos.

Ver también

• Dispersión Raman : ampliación del ancho espectral cuando la luz se dispersa sobre la materia

Más información

• Resumen y explicación del ensanchamiento de línea (PDF; 725 kB)
• Wolfgang Demtröder: espectroscopia láser . 5ª edición. Springer, Berlín / Heidelberg / Nueva York 2007, ISBN 978-3-540-33792-8 . 

Evidencia individual

1. ↑ T .R. Hart, RL Aggarwal, B. Lax: Dependencia de la temperatura de la dispersión Raman en silicio . En: Phys. Rev. B . cinta 1 , 1970, pág. 638 .