受激電子（excited electron）是2019年全國科學技術名詞審定委員會審定的物理學名詞，指處於激發態的電子，定義源自《物理學名詞》第三版。
在凝聚態物理體系中，受激電子可與空穴通過庫侖相互作用結合形成激子，該現象屬於原子與分子物理學中電子結構理論的範疇。
該術語作為原子分子電子結構理論的專業概念，由全國科學技術名詞審定委員會於2019年正式納入規範中文物理學名詞體系。
基本介紹
- 中文名：受激電子
- 外文名：excited electron
- 所屬學科：物理學
- 公布時間：2019年
- 審定機構：全國科學技術名詞審定委員會
- 定義：處於激發態的電子
基本含義,基本特徵,套用,影響,相關研究,公布時間,出處,
基本含義
受激電子（excited electron）是2019年全國科學技術名詞審定委員會審定的物理學名詞，指處於激發態的電子，定義源自《物理學名詞》第三版。
當電子吸收光並躍遷到更高能級或能帶時，受激電子會在其先前的能帶中留下一個“電子空穴”。由於電子帶負電荷而空穴帶正電荷，兩者會通過庫侖力結合在一起，這種“電子—空穴對”稱為激子。在凝聚態物理體系中，受激電子可與空穴通過庫侖相互作用結合形成激子。該現象屬於原子與分子物理學中電子結構理論的範疇。
基本特徵
受激電子是物質吸收光或其他能量後躍遷到更高能級的電子。在傳統三維共價半導體中，較弱的電子-晶格相互作用允許基於能帶的自由電子或激子圖像足夠描述激發態載流子的動力學行為。然而，在新型低維半導體中，由於極性或軟的晶格及晶格間弱相互作用，常表現出強的電子-聲子相互作用，導致電子與晶格強烈耦合形成極化子，從而本質上改變了激發態載流子動力學行為。
在有機分子太陽能電池等分子體系中，激發的受激電子可以迅速從給體轉移到受體上，轉移時間尺度約為皮秒量級，並被有效約束在受體分子上難以回傳。在氧化物低配位表面等體系中，受激電子可以在空穴周圍或至少數個離子間離域。在金屬納米糰簇等體系中，通過陽離子添加等工程手段可以調節其結構和激發態電子動力學，從而改變電子轉移的速率和途徑。在硼氮納米管等低維納米材料中，受激電子誘導的結構非熱演變與雷射誘導的能隙收縮過程具有相似的時間演化規律，揭示了電子結構變化與晶體結構變化可能存在內在關聯。
套用
在光電轉換器件最佳化設計中，受激電子的動力學性質直接決定了光電轉換器件的性能最佳化和設計原理。例如，在二維鉛鹵鈣鈦礦等低維半導體中，受激電子與晶格強耦合形成極化子，改變了激發態載流子動力學，影響激子自旋動力學、螢光拖尾和本徵能量損耗等性質。
在光碟機動精細化學合成中，通過光碟機動的激發態氧化還原過程，利用受激電子轉移可以實現去外消旋化。該過程通過激發態發色團引發，經由電子、質子及氫原子轉移步驟，實現C-H鍵的斷裂與重建。
在新型太陽能電池設計中，基於對受激電子定向轉移與約束機制的理解，可以設計具有自適應開關功能的有機太陽能電池。例如，受激電子從給體迅速轉移到受體，且受體上的受激電子無法回到給體。
影響
在新型的低維半導體（如二維鉛鹵鈣鈦礦和準一維硫（硒）化碲）中，受激電子與極性或軟的晶格發生強電子-聲子相互作用，其運動會與晶格強烈耦合，形成極化子。這種耦合的電子-晶格運動會從根本上改變材料中激發態載流子的動力學行為，從而帶來新的物理化學性質。具體影響包括反常的激子自旋動力學、螢光拖尾以及本徵的能量損耗等。
相關研究
在凝聚態物理與材料科學領域，研究揭示了受激電子在不同維度材料中的獨特行為。在新型低維半導體中，由於強的電子-晶格相互作用，受激電子會與晶格強烈耦合形成極化子，導致反常的激子自旋動力學、螢光拖尾等新物理化學性質。對MgO低配位表面位點的計算研究表明，其激發態電子在空穴周圍呈現離域特徵。在金屬納米糰簇中，通過陽離子添加工程可以調控激發態電子動力學，例如顯著縮短電子轉移時間。對硼氮納米管等低維材料的超快動力學研究則揭示了受激電子誘導結構演變以及能隙收縮等與晶格變化內在關聯的動力學過程。
在光化學與光物理套用方面，研究探索了利用受激電子驅動特定反應或最佳化器件性能。通過光碟機動的激發態電子轉移過程，可以實現手性分子的去外消旋化。在有機分子太陽能電池設計中，研究提出了通過分子結構設計實現受激電子的定向轉移與束縛，以最佳化能量轉換效率的方案。實驗上，對金屬鉛原子蒸氣的研究觀測到了受激電子的拉曼散射和螢光過程。
在納米尺度與量子體系中，受激電子的行為呈現出豐富的物理圖景。理論研究表明，在開放量子點中，光子激發的電子-空穴對的散粒噪聲受到庫侖相互作用的影響。利用第一性原理模擬，可以研究外場下石墨烯納米帶等納米結構中受激電子的動力學和非絕熱過程。
此外，受激電子與空穴通過庫侖力結合形成激子，是理解許多光物理現象的基礎，相關研究也拓展至陳絕緣體等拓撲物態中可能存在的拓撲激子。
公布時間
2019年，經全國科學技術名詞審定委員會審定發布。
出處
《物理學名詞》第三版。
