Поляроны.

В 1946 г. С. И. Пекар высказал идею о существовании в кристаллах еще одной квазичастицы, которую он назвал поляроном и подробно исследовал в серии своих работ [75].

В зонной теории предполагается, что движение электронов в кристалле и колебания атомов решетки происходят либо независимо (нулевое приближение), либо оператор электрон-фононного взаимодействия можно рассматривать в уравнении Шредингера как малое возмущение. Представление о поляроне связано с отказом от этих предположений. Свободный электрон в кристалле должен вызывать электрическую поляризацию окружающей его среды. Он смещает электроны из положения равновесия, около которых колеблются атомы. Электронная составляющая поляризации безынерционна. Электроны в решетке смещаются со скоростью оптических колебаний. При такой, поляризации диэлектрическая постоянная близка к квадрату показателя преломления . Смещение атомов, поворот молекул или переориентация

дипольных моментов целых областей (доменов) происходит значительно медленнее. Потенциальная энергия электрона в поляризованной среде меньше, чем в неполяризованном кристалле. В небольшой окрестности, где находится электрон, образуется потенциальная яма, расположенная ниже дна зоны проводимости. При движении электрона поляризуются все новые и новые участки кристалла, тогда как оставленные им участки возвращаются в первоначальное состояние. Электрон как бы увлекает за собой поляризованную среду. Поэтому полярон можно определить как электрон, движущийся в окружении поляризованной им среды. Заряд полярона равен заряду электрона, а эффективная масса может быть во много раз больше массы свободного электрона.

Для формирования полярона не требуется никакой добавочной энергии, поскольку энергия его основного состояния так же как и энергия невозбужденного экситона, меньше, чем дно зоны проводимости. Значение выражается приближенной формулой [75]

Поляроны возникают в основном в полярных кристаллах, химическая связь которых носит полностью или частично ионный характер. Поляроны интенсивно изучаются в щелочно-галоидных кристаллах [104]. Для большинства таких веществ

Подвижность поляронов может быть сравнима с подвижностью электронов, а их концентрация во много раз больше концентрации электронов:

Для щелочно-галоидных кристаллов отношение (5.19) при комнатной температуре по порядку величины равно 106. Следовательно, решающую роль в электропроводности таких кристаллов играют поляроны.