Polaró

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Un polaró és una quasipartícula composta per un electró i un camp de deformacions associat. Quan un electró es mou lentament per l'interior d'un cristall pot produir una deformació en la xarxa cristal·lina que l'envolta en interaccionar amb els àtoms propers. Aquesta deformació es lliga a l'electró que l'ha creat, i es desplaça al costat d'ell a través de la xarxa, donant lloc a un polaró.

Fig 1: Representació artística d'un polaró. L'electró (cercle negre) atreu els ions carregats positivament, i repel·leix als carregats negativament, provocant una deformació de la xarxa cristal·lina en les seves rodalies.

Els polarons es donen principalment en cristalls iònics, on la interacció entre els electrons i els ions és de la xarxa és gran (interacció coulombianes). En aquests casos la deformació de la xarxa produeix una polarització local de la mateixa, d'aquí el seu nom. La presència de polarons a cristalls covalents és molt menor, ja que la interacció entre electrons i àtoms neutres és molt més feble, i per tant són més difícils de formar.[1]

Els polarons poden concebre com un electró interaccionant amb un núvol de fonons a la que arrossega en el seu moviment. Com a conseqüència, la massa efectiva de l'electró sembla augmentar, reduint així la seva mobilitat.

Normalment es parla de dos tipus de polarons. En els polarons grans la interacció entre l'electró i la xarxa no és molt elevada, de manera que l'increment de massa efectiva no és molt gran i poden desplaçar-se per la xarxa. En els polarons petits la interacció és molt forta i l'electró es passa la major part del temps lligat a un ió de la xarxa, ja que no té l'energia necessària per travessar la barrera de potencial que separa els ions contigus. En aquest cas el desplaçament d'una posició de la xarxa a una altra es produeix, bé per activació tèrmica, quan la temperatura és elevada, o bé per efecte túnel, quan la temperatura és baixa.

Els polarons són quasipartícules de tipus fermiònic, pel que tenen espín semienter. Dos polarons poden interaccionar entre si donant lloc a un nou estat lligat conegut com a bipolar. Quan els dos polarons que formen el bipolar interaccionen fortament entre si, el bipolar adquireix caràcter bosònic, i presenta doncs espín sencer.

Teoria[modifica | modifica el codi]

L. D. Landau[2] i S. I. Pekar[3] assentar les bases de la teoria dels polarons. Una càrrega situada en un mitjà polaritzador es veurà apantallada. La teoria dels dielèctrics es descriu el fenomen de la inducció d'una polarització al voltant d'una càrrega. La polarització induïda seguirà la càrrega quan aquesta es mogui a través del mitjà. La càrrega, juntament amb la polarització induïda, es considera com una única entitat, a la qual es denomina polaró.

El prototip de polaró és un electró de conducció movent-se a través d'un cristall iònic o un semiconductor polar. Herbert Fröhlich va proposar un model de hamiltonià (hamiltonià de Frölich) per a aquest tipus de polarons, la dinàmica és tractada per mitjà de la mecànica quàntica.[4][5]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Kittel, Charles. Introducció a la Física de l'Estat Sòlid. Barcelona: Reverté, 1998. ISBN 84-291-4317-3. 
  2. Landau, L. D.. Phys Z. Sowjetunion, 3, 1933, p.644-645.
  3. Pekar SI. «Issledovanija po Ekektronnoj Teorii Kristallov». Gostekhizdat, Moskva, 1951.
  4. H. Fröhlich, H. Pelzer, S. Zienau. Phil. Mag, 41, 1950, p.221.
  5. H. Fröhlich. Adv. Phys, 3, 1954, p.325.