电子跃迁电子如何引发原子及分子跃迁

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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电子如何引发原子及分子跃迁

图片来源：Abdruck honorarfrei; Copyright TU Wien

通过求解之前困扰很多研究人员的六维方程，美国内布拉斯加林肯大学（University of Nebraska-Lincoln）的物理学家可准确描述使电子从其轨道上逃逸的激光脉冲特性，并准确预测和操控电子运动。

我们很早就知道，一定强度的激光脉冲产生的能量可以使电子从其围绕着原子快速旋转的轨道上逃逸，即离子化。

美国内布拉斯加林肯大学领导的国际研究证明，电子离开氦原子的角度取决于激光脉冲电场是左旋电场还是右旋电场，即它是逆时针旋转还是顺时针旋转。研究人员还计算了这两种情况下电子逃逸角度的不同范围。

研究人员将此效应称为“非线性二色性”（nonlinear dichroism），他们进一步证明该效应仅当原子受到一束超快的强烈激光脉冲照射并且其电场为椭圆形时才会出现。

这项研究成果发表于Physical Review Letters杂志。文章特别指出，能产生这一效应的激光脉冲持续时间不超过2*10-16秒。以2*10-16秒的时间间隔从0数至1秒，需要花上约1.585亿年，这比地球从侏罗纪进化至今的时间还要长。

“激光原子物理学的目标就是控制电子运动并成像。”本文的共同作者、物理学教授Anthony Staraces说道，“为了实现这一目标，我们需要时间尺度比电子运动还要快的探针。”

Starace同时注意到，超快激光脉冲与其引起的量子尺度相互作用会使许多实验结果的机理变得难以理解。

“整个过程在如此短的时间内发生，实验者往往也不知道自己得到的结果是什么。”Starace说道，“他们无法观测到电子如何引发原子及分子跃迁。因此，他们需要清楚如何观测，如何得到正确的观测结果。”

Starace说道，此项工作有助于激光物理学家了解这些普遍存在的基本问题。

“超快激光脉冲现已用于电子过程的计时。”Starace说道，“日常生活中我们一般使用分钟作为时间尺度，而电子运动往往在极短时间内发生。但到底是10-17秒、10-16秒还是10-15秒，我们无从得知。如果我们能够了解，就可以从理论上真正弄清楚电子跃迁的具体经过。”

Starace说道，通过识别和测量非线性二色性，我们的研究可以使量子物理学家更好地描述实验中产生的激光并验证实验结果。

“实验者通过测量这一新效应，就会知道激光脉冲的持续时间、脉冲的极性以及产生的电场形状等问题。”Starace说道，“这些都可以表征激光脉冲特点。”

Starace说，本研究表明人们朝着激光物理学的最终目标更进一步，即操控宇宙中物质最基本的构成部分。

“如果实验最终可以产生这一脉冲，该新效应可使实验者能够操作电子的运动方式。”Starace说道，“如果使用10-18级这种具有特殊极化率的激光脉冲去轰击一个目标，我们可以识别电子的运动方式。这就是人们的梦想——不仅仅是观察，而且要实际操控电子的运动。”

Jean Marcel Ngoko Djiokap，物理学助理教授，在本次研究中负责编写受激光影响的电子相互作用以及多维电场中电场复杂度的程序代码。

“通常情况下，理论上电场只在一个方向上振荡，这降低了计算的难度。”Starace说道，“当极化为椭圆形时，电场在一个平面内自转。这进一步增加了问题的难度，也大大增加了计算量和计算难度，但Marcel很好地解决了这个问题。”

Starace将该团队的计算方法比作去坐一个由激光脉冲产生的电场这一椭圆形旋转木马。他还说道，从这一角度切入并进行计算而不是从外部静止的观测可以简化这一问题。

“如果一个人坐在旋转木马上，线外的人们看到他在转动，而他相对于木马是静止的。”Starace说道，“Marcel的工作就是将实验室框架下的计算平移到此旋转框架内，所以我们观测的都是线性极化的一维光。那么所有的问题都迎刃而解了。”

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OLED技术层间电子跃迁的介绍

OLED（Organic Light-Emitting Diode）是一种有机发光二极管，它是一种利用有机材料发光的新型显示技术。OLED具有自发光、超薄、可弯曲、可透明、低功耗、高对比度、宽视角、快响应等优点，被认为是未来显示技术的发展方向。

OLED的发光原理

OLED的基本结构是在两个电极之间夹层有机材料层。其中，阳极（通常为透明的铟锡氧化物ITO）负责向有机层注入空穴（正电荷），阴极（通常为金属或合金）负责向有机层注入电子（负电荷）。当两个电极之间加上电压时，空穴和电子就会在有机层中运动，并在某些位置相遇形成激发态。激发态可以分为两种：单重态和三重态。单重态是指空穴和电子的自旋方向相反，三重态是指空穴和电子的自旋方向相同。单重态比三重态更容易形成，但也更容易消失。当激发态回到基态时，就会释放出能量，形成光子。这就是OLED的发光原理。

OLED的像素点排列

OLED显示器由许多微小的像素点组成，每个像素点可以独立控制其亮度和颜色。OLED显示器通常采用RGB（红绿蓝）三原色模式来显示彩色图像。每个像素点由三个子像素组成，分别对应红色、绿色和蓝色。不同颜色的子像素使用不同的有机材料来发光。

OLED显示器有多种不同的像素点排列方式。其中最常见的有以下几种：

条形排列：每个像素点由三个条形状的子像素组成，水平或垂直排列在一起。三角形排列：每个像素点由三个三角形状的子像素组成，呈等边三角形排列在一起。菱形排列：每个像素点由三个菱形状的子像素组成，呈菱形排列在一起。PenTile排列：每个像素点由两个子像素组成，一个是红色或蓝色，另一个是绿色。红色和蓝色的子像素交替排列，绿色的子像素填充在中间。

OLED的蓝光损耗

OLED显示器的一个主要问题是蓝光损耗。由于蓝光的波长较短，能量较高，所以蓝光发光材料的寿命较短，容易老化和衰减。这会导致OLED显示器的亮度和色彩均匀性下降，影响显示效果。

为什么蓝光的波长较短，能量较高呢？这是因为光的波长和能量之间有一个反比关系，即波长越短，能量越高，反之亦然。这个关系可以用普朗克公式来表示：

其中，是光子的能量，是普朗克常数，是光的频率，是光速，是光的波长。从公式可以看出，当波长减小时，能量增大。

蓝光的波长大约在400-500纳米（nm）之间，而红光的波长大约在600-700纳米之间。根据普朗克公式，我们可以计算出蓝光和红光的能量分别为：

可以看出，蓝光的能量比红光的能量高出约45%。这意味着蓝光对有机材料的损伤更大，导致其寿命更短。

为了解决这个问题，有以下几种方法：

优化蓝光发光材料的结构和性能，提高其稳定性和效率。采用双层或多层蓝光发光材料，增加其厚度和数量，延长其寿命。采用白光OLED（WOLED）技术，使用白光发光材料作为基底层，再通过彩色滤光片分解出红绿蓝三原色。采用量子点OLED（QD-OLED）技术，使用量子点材料作为彩色转换层，将蓝光转换为红绿蓝三原色。

OLED与LCD的对比

OLED显示器与LCD（Liquid Crystal Display）显示器是目前最常见的两种显示技术。它们有以下几个主要区别：

发光方式：OLED显示器是自发光的，不需要背光源；LCD显示器是透射式的，需要背光源来照亮液晶层。结构厚度：OLED显示器的结构非常简单，只有几层有机材料和电极；LCD显示器的结构相对复杂，需要液晶层、偏振片、滤光片、背光源等多层元件。可弯曲性：OLED显示器可以制作成可弯曲或可折叠的形式，因为它的有机材料层具有柔性和弹性；LCD显示器由于其刚性结构，无法实现可弯曲或可折叠。像素密度：OLED显示器可以实现更高的像素密度，因为每个像素点都是独立发光的，没有间隙和边缘效应；LCD显示器的像素密度受到背光源和滤光片的限制，有一定的间隙和边缘效应。对比度：OLED显示器可以实现无限高的对比度，因为它可以完全关闭某些像素点来显示真正的黑色；LCD显示器的对比度受到背光源的影响，无法完全阻止背光源的漏光，导致黑色变成灰色。视角：OLED显示器可以实现超广视角，因为它没有视角依赖性，从任何角度看都不会失真或变色；LCD显示器的视角受到液晶分子排列和偏振片方向的影响，从侧面看会出现失真或变色的现象。响应速度：OLED显示器可以实现极快的响应速度，因为它只需要改变电荷状态来控制发光，而不需要液晶分子重排和电容放电。OLED显示器的响应速度可以达到微秒级别，而LCD显示器的响应速度一般在毫秒级别。这意味着OLED显示器可以更好地显示高速运动的画面，避免拖影和残影的现象。

AMOLED的改进

AMOLED（Active Matrix OLED）是一种在OLED显示器上加入主动矩阵技术的改进。主动矩阵技术是指在每个像素点后面加入一个薄膜晶体管（TFT），用来控制像素点的开关和电流。这样可以提高OLED显示器的性能和质量，具有以下几个优点：

提高亮度：由于每个像素点都有一个独立的电路控制，可以实现更高的亮度和更均匀的发光。提高分辨率：由于每个像素点都有一个独立的电路控制，可以实现更高的分辨率和更细致的图像。提高寿命：由于每个像素点都有一个独立的电路控制，可以减少电流的波动和损耗，延长OLED显示器的寿命。提高速度：由于每个像素点都有一个独立的电路控制，可以实现更快的响应速度和更流畅的动画。

AMOLED显示器已经广泛应用于智能手机、平板电脑、电视等领域，成为目前最先进的显示技术之一。

OLED技术层间之间电子跃迁的总结

OLED技术层间之间电子跃迁是一种利用有机材料发光的新型显示技术，它具有自发光、超薄、可弯曲、可透明、低功耗、高对比度、宽视角、快响应等优点。OLED显示器由许多微小的像素点组成，每个像素点可以独立控制其亮度和颜色。OLED显示器通常采用RGB三原色模式来显示彩色图像。OLED显示器的一个主要问题是蓝光损耗，它会导致OLED显示器的亮度和色彩均匀性下降。为了解决这个问题，有多种方法，如优化蓝光发光材料、采用白光OLED或量子点OLED技术等。OLED显示器与LCD显示器相比，有很多优势，如发光方式、结构厚度、可弯曲性、像素密度、对比度、视角、响应速度等。AMOLED是一种在OLED显示器上加入主动矩阵技术的改进，它可以提高OLED显示器的性能和质量。