Emissió espontànea

En física, es denomina emissió espontànea al procés pel qual un àtom, una molècula o un núcleu, en un estat excitat, pansa a un estat d'energia més baix. Com es complix el principi de conservació de l'energia, el resultat és l'emissió d'un fotó.

Descripció

Si l'àtom es troba en un estat excitat caracterisat per l'energia I₁, pot decaure espontàneament a l'estat fonamental, caracterisat per l'energia I₀, despuix d'un periodo molt breu, que dependrà de lo provable que siga el trànsit. En este procés s'emet la diferència d'energies entre els dos estats en forma de fotó. El fotó tindrà una freqüència ν i una energia hν, és dir: I₁ - I₀ = hν, a on h és la cridada constant de Planck. La fase del fotó, en l'emissió espontànea, és aleatòria de la mateixa manera que la direcció de propagació d'est. En la emissió estimulada no ocorre de la mateixa forma.

Un diagrama dels nivells d'energia que ilustren el procés es poden apreciar en la següent figura:

Esquema en el que s'aprecia l'emissió espontànea d'un fotó

En un conjunt numerós de tals àtoms, si el número d'àtoms en l'estat excitat ve dau per N, la porció d'àtoms en la qual ocorre l'emissió espontànea ve dau per:

$\frac{\partial N}{\partial t}=-A_{10}N$

a on A₁₀ és una constant de proporcionalitat per a esta transició particular en esta porció d'àtoms particulars. (La constant és el cridat coeficient d'Einstein A.) l'índex de l'emissió és aixina proporcional al número d'àtoms en l'estat excitat, N. L'equació anteriorment proposta es pot resoldre i la seua solució és:

$N(t)=N(0)e^{-\frac{t}{{\tau }_{10}}}$

a on N(0) és el número inicial d'àtoms en l'estat excitat, i τ₁₀ és el temps de vida mija de la transició, τ₁₀ = (A₁₀)^-1.

Pot comprovar-se que l'emissió espontànea té lloc d'una manera prou similar a la desintegració de partícules radiactives. En particular, el temps de vida mija és un concepte anàlec a la vida mija de la transició.

Classes de decaiguda

La decaiguda o relaixació pot ser de dos classes: radiativo i no radiativo. En la relaixació no radiativa, l'energia s'absorbix en forma de fonones, implicats en la calor. La relaixació no radiativa és casi impossible de medir i no es pot deduir llevat en partícules molt menudes, perque la diferència de temperatures, abans i despuix d'una relaixació, és tan menuda que, en la pràctica, és del orde de magnitut del soroll de qualsevol mida.

Les relaixació no radiativas es donen quan la diferència d'energies entre nivells és molt menuda i, ocorren, usualment, en una escala de temps molt més talla que les transicions radiativas. En molts materials (per eixemple, semiconductors), els electrons brincar ràpidament des d'un nivell d'alta energia a un nivell fique-estable, via transicions no radiativas de molt baixa diferència energètica i posteriorment es baixa al nivell fonamental per mig d'una transició òptica o radiativa (esta transició final és la transició sobre la banda de buits en semiconductors). Les transicions no radiativas de gran diferència d'energia, no ocorren en freqüència perque l'estructura cristalina no pot soportar, generalment, vibracions àmplies sense que els enllaços es trenquen (cosa que no succeïx generalment en la relaixació). Els estats fique-estables presenten característiques molt interessants per a que siguen usats en la construcció de làsers. De manera especial, si els electrons decauen llentament des d'estos estats, els electrons poden ser promocionats a estats superiors sense massa pèrdua i l'emissió, ara estimulada, es pot utilisar per a generar una senyal òptica.