Kaja Pae kaitseb doktoritööd „Electron-phonon interactions in local degenerate electronic states in solids“

20. juunil kell 14.00 kaitseb Kaja Pae füüsika erialal doktoritööd „Electron-phonon interactions in local degenerate electronic states in solids“ („Elektron-foonon interaktsioonid tahkiste lokaalsetes kõdunud elektronolekutes“).

Juhendaja:
professor Vladimir Hizhnyakov, Tartu Ülikool

Oponent:
professor Boris Tsukerblat, Negevi Ben-Gurioni Ülikool (Iisrael)

Kokkuvõte

Doktoritöö käsitleb tahkistes ja molekulaarsüsteemides esinevat interaktsiooni lokaalsete tuumade võnkumiste ja elektronide liikumise vahel, mida nimetatakse vibrooninteraktsiooniks. Sageli on see interaktsioon väike ja jäetakse arvutuste lihtsustamiseks arvesse võtmata. Siiski esineb süsteeme, kus antud interaktsiooni arvestamine on vajalik süsteemi iseloomulike omaduste piisavaks kirjeldamiseks ning sellega kaasnevad omapärased ja olulised kvantefektid. Doktoritöö pearõhk on uurida ergastatud olekus kristalli lisanditsentrit, milles esineb vibrooninteraktsioon ja mis on omakorda interaktsioonis kristallvõre võnkumistega, mille arvuline suurusjärk on ~10²³. Niisugune elektron-foononinteraktsioon määrab oluliselt aine (foto)füüsikalised omadused. Esimest korda on esitatud rangelt kvantmehaaniline teooria ja vastavad arvutused kristalli lisanditsentri ja kristallvõre võnkumiste vastasmõju kirjeldamiseks. See tegi esmakordselt võimalikuks kirjeldada arvutuslikult ergastatud vibrooninteraktsiooniga lisanditsentri energia üleminekut kristallvõre võnkumistesse (relaksatsiooni). Kõdunud elektron- ja võnkeolekute interaktsioonil tekib süsteemis spontaanne sümmeetria rikkumine ning elektron- ja võnkeolekute segunemine. Selliste süsteemide potentsiaalset energiat saab kirjeldada koonilise lõikumisega potentsiaalipinnaga. Koonusekujulised potentsiaalipindade lõikumised on tavapärased näiteks ergastatud biomolekulides. Viimaste vastupidavust UV-kiirgusele selgitatakse kiire, femtosekund-skaalas toimuva relaksatsioonimehhanismiga. Kuna koonilised potentsiaalipindade lõikumised määravad suuresti molekulaarsüsteemide ja tahkiste fotofüüsikalised ja -keemilised omadused, on nende süsteemide uurimine viimastel aastakümnetel, eriti pärast femtosekundlahutusega ekperimendimeetodite arenemist tublisti hoogu kogunud. Töös uuritud JahnTelleri E ⊗ e süsteem on kõige tüüpilisem koonilise potentsiaalilõikega vibroonsüsteesteem. Slonczewski on näidanud, et koonilise potentsiaalilõikega vibroonsüsteemides on segunenud elektron- ja võnkeolekud potensiaali ülaosas asuvad kõrge energiaga kvantolekud. Niisugusi olekuid nimetatakse Slonczewski resonantsideks ja need kujundavad vibroonsüsteemi omadusi ning kvantefekte. Slonczewski resonantside olemasolu on arvutuslikult E ⊗ e süsteemi optilises spektris näidanud V. Loorits (1972, Tartu Ülikool) ning M. C. M. O’Brien ja S. N. Evangelou (1972, Oxfordi ülikool). Oma bakalaureusetöös arvutasin erineva vibrooninteraktsiooni tugevusega E ⊗ e süsteemi optilised spektrid, käsitledes lisaks ka suurema kui põhiarvulise pseudopöördmomendiga süsteeme. Artiklis VI on esitatud analüütiline teooria Slonczewski resonantside arvutamiseks Airy funktsioonide abil, mis on kooskõlas numbriliste tulemustega.