4.14色心 把碱卤晶体在碱金属的蒸气中加热,然后 使之骤冷到室温,原来透明的晶体就会出现颜 色:氯化钠变成淡黄色,氯化钾变成紫色,氟 化锂呈粉红色等等。这个过程称为增色过程。F 在增色过程中碱金属原子扩散进入晶体,并以 ⑧⑧⑧ 价离子的形式占据了晶体的正离子格点;同G 时晶格中出现了负离子的空位,这个负离子空 位可以俘获一个电子,形成F心,如图44所 ⊙○ 示F心的电子组态和氢原子的很相似,电子④○⑥⊙ 从基态(类似氢原子ls态)到第一激发态(类 似氢原子2p态)的跃迁会导致相应波长附近 图44F心与V心 的光吸收,所以晶体出现颜色。 可把F心中的电子看成是束缚于无限深的三维势阱中的电子,在x=y 0和a 处φ=0。容易由薛定谔方程求得电子的波函数: (49) 能量本征值 E=矿2 (12+m2+n2) (4.10) 式中,m,n是1,2,3,…等正整数。当=m=n=1,E1=32h2/2ma2相当 于基态即s态的能量,而第一激发态咖u,21,phn是三度简并态,能量为 E21=3n2h2/ma2。按照原子中电子的偶极跃迁规则,则F心光跃迁线对应的峰值能 量为 11) 实验观测得到莫尔沃-伊维( Follow-lvey)定则: E=57a-17 这里a为晶格常数。可以看出,式(4.11)的结果与实验观测的结果(4.12)非常 接近,表明利用简单的势阱模型可以定性阐明实验结果 在后面的章节中,可以看到,这个光吸收也可以理解为在离子晶体的禁带中出现了 缺陷能级,缺陷能级之间的电子跃迁造成了光吸收。如果沿<100>方向相邻排列两个F4.1.4 色心 把碱卤晶体在碱金属的蒸气中加热，然后 使之骤冷到室温，原来透明的晶体就会出现颜 色：氯化钠变成淡黄色，氯化钾变成紫色，氟 化锂呈粉红色等等。这个过程称为增色过程。 在增色过程中碱金属原子扩散进入晶体，并以 一价离子的形式占据了晶体的正离子格点；同 时晶格中出现了负离子的空位，这个负离子空 位可以俘获一个电子，形成 F 心，如图 4.4 所 示。F 心的电子组态和氢原子的很相似，电子 从基态（类似氢原子 1s 态）到第一激发态（类 似氢原子 2p 态）的跃迁会导致相应波长附近 的光吸收，所以晶体出现颜色。 图 4.4 F 心与 V 心 可把 F 心中的电子看成是束缚于无限深的三维势阱中的电子，在 x = y = z = 0 和 a 处φ = 0。容易由薛定谔方程求得电子的波函数： ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = a zn a ym a yl a mn πππ φ sinsin sin 8 / 3 （4.9） 能量本征值 ( ) 2 222 2 22 nml ma Elmn = ++ π h （4.10） 式中l，m，n是 1，2，3，…等正整数。当l = m = n = 1， 相当 于基态即 s 态的能量，而第一激发态 φ 22 2 E111 = π h 2/3 ma 211 ， φ121 ， φ112 是三度简并态，能量为 。按照原子中电子的偶极跃迁规则，则F心光跃迁线对应的峰值能 量为 222 211 E = π h /3 ma 2 22 211 111 2 3 ma EEE π h =−= ∝ (4.11) −2 a 实验观测得到莫尔沃-伊维（Mollow-Ivey）定则： 77.1 57 − = aE (4.12) 这里 a 为晶格常数。可以看出，式（4.11）的结果与实验观测的结果（4.12）非常 接近，表明利用简单的势阱模型可以定性阐明实验结果。 在后面的章节中，可以看到，这个光吸收也可以理解为在离子晶体的禁带中出现了 缺陷能级，缺陷能级之间的电子跃迁造成了光吸收。如果沿<100>方向相邻排列两个 F 5