Bisakah sebuah elektron berputar berlawanan dengan lubang?
Pertimbangkan kasus paling sederhana - sistem celah di mana elektron di pita valensi tereksitasi ke pita konduksi. Dalam proses ini, apakah putaran dipertahankan? Atau dengan kata lain, dapatkah elektron tereksitasi memiliki orientasi spin yang berbeda dibandingkan dengan lubang?
Jawaban
Kopling spin-orbit
Padatan terdiri dari atom-atom, di mana momentum orbital dan spin digabungkan melalui kopling spin-orbit. Meskipun dalam beberapa kasus interaksi ini dapat diabaikan atau dianggap sebagai koreksi tingkat tinggi, secara tegas interaksi ini harus diperhitungkan saat menghitung struktur pita, dan mungkin berdampak signifikan. Jadi, elektron pada pita konduksi tidak dalam keadaan spin murni.
Namun, sebagai perkiraan seseorang sering menggunakan struktur pita tanpa interaksi spin-orbit, termasuk yang terakhir melalui istilah empiris, yang konstanta penggandengannya mengikuti dari kalkulasi pita yang lebih tepat atau diperkirakan secara eksperimental. Konstanta penggandengan ini biasanya menjadi jauh lebih besar daripada yang diharapkan hanya dengan memasukkan suku spin_orbit yang diinspirasi oleh persamaan Dirac ke dalam massa efektif Hamiltonian. Secara khusus, seseorang sering berbicara tentang interaksi Elliot-Yafet (kopling SO massal), interaksi Dresselhaus atau Dyakonov-Perel (dalam bahan kisi-asimetris), dan interaksi Rashba (dalam struktur nano semikonduktor non-simetris).
Perputaran lubang
Jika kita menganggap sebuah lubang sebagai kekosongan yang ditinggalkan oleh elektron, tereksitasi ke pita konduksi, uraian ini harus mengkompensasi spin elektron dan momentum orbital yang dimiliki elektron sebelum dieksitasi. Momentum orbital menelusuri kembali ke orbital atom yang membentuk pita valensi yang sesuai. Dalam semikonduktor tipikal, seseorang memiliki tiga pita valensi, dan lubang yang sesuai diberi putaran total yang berbeda dan proyeksinya pada sumbu kuantisasi;$(1/2, \pm 1/2)$, $(3/2, \pm 1/2)$, $(3/2,\pm 3/2)$(lihat buku Kittel, tetapi juga komentar untuk jawaban ini ). Nomenklatur ini sangat penting saat membahas aturan pemilihan untuk absorpsi optik.
Efek banyak partikel
Juga harus diingat bahwa baik elektron pada pita konduksi maupun lubang pada pita valensi bukanlah eksitasi partikel tunggal, melainkan eksitasi sistem banyak benda dengan kopling Coulomb yang kuat. Sementara kopling Coulomb bolak-balik dengan operator spin dan mempertahankan putaran oevrall, kita harus menambahkan interaksi spin-spin, terutama antara elektron dan lubang (penyertaan paling sederhana dilakukan melalui Bir-Aronov-Pikus Hamiltonian). Situasi menjadi lebih rumit ketika mempertimbangkan partikel komposit, seperti eksiton, yang spinnya tidak terdefinisi dengan buruk (walaupun fakta ini sering terlewatkan ketika seseorang mengadopsi perkiraan deskripsi mirip Hidrogen, lihat Teori Rangsangan Knox untuk diskusi yang mendalam.).
Ya, Spin elektron akan sama (karena pada dasarnya adalah elektron yang sama dari kulit yang sama).
[ Selain itu, spin elektron tidak akan menjadi masalah sama sekali, karena elektron lain dari atom yang berbeda 'hidup' di subkulit yang terpisah (berbeda). Jadi, prinsip Auf Bau tidak akan dilanggar
]