Raie zéro-phonon et bande satellite phonon - Définition
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Analogie à l'effet Mössbauer
La raie zéro-phonon est une analogie optique aux raies Mössbauer, qui a son origine dans l'émission ou l'absorption sans recul de rayonnement gamma à partir des noyaux des atomes liés dans une matrice solide. Dans le cas d'une raie zéro-phonon optique, les coordonnées du chromophore constituent le paramètre physique pouvant être perturbé, alors que lors d'une transition gamma, la quantité de mouvement des atomes peut être modifiée. De manière plus technique, la clé de l'analogie est la symétrie entre position et quantité de mouvement dans le hamiltonien de l'oscillateur harmonique quantique. La position et la quantité de mouvement contribuent toutes deux de la même façon (quadratique) à l'énergie totale.
Profil de raie
Le profil de la raie est lorentzien de largeur déterminée par le temps de vie de l'état excité T10 selon le principe d'incertitude d'Heisenberg. Sans l'influence du réseau, l'élargissement spectral (largeur à la moitié du maximum) du chromophore est γ0 = 1/T10. Le réseau réduit le temps de vie de l'état excité par induction de mécanismes de désexcitations non radiatives. Au zéro absolu, le temps d'excitation d'un état excité influencé par le réseau est T1. Au-dessus, l'agitation thermique va introduire des perturbations aléatoires de l'environnement local des chromophores. Ces perturbations modifient l'énergie de transition électronique en introduisant un élargissement de la raie dépendant de la température. La largeur mesurée de la raie zéro-phonon d'un seul chromophore, la largeur de raie homogène, est alors : γh(T) ≥ 1/T1.
La forme de la bande satellite phonon est celle d'une distribution de Poisson car traduisant un nombre discret d'évènements, les transitions électroniques avec les phonons (cf. couplage électron-phonon), lors d'une période de temps donnée. A des températures plus importantes, ou lorsque le chromophore interagit fortement avec la matrice, la probabilité d'un multiphonon est élevée et la bande satellite phonon approche une distribution gaussienne.
La distribution de l'intensité entre la raie zéro-phonon et la bande satellite phonon est caractérisée par le facteur Debye-Waller α.
