Однофононное затухание поляритонов в криокристаллах инертных элементов

Abstract

Однофононное затухание поляритонов определяет важнейшие характеристики релаксационных процессов возбуждений в области резонансной энергии ET. В приближении деформационного потенциала проведен расчет однофононного затухания поляритонов на акустических фононах для нижайших экситонов Г(3/2) в криокристаллах Ar, Kr, Xe. Представлены результаты численного расчета кривых энергетической зависимости затухания Г(E,T=const ) пpи нескольких температурах во всей области существования свободных экситонов каждого кристалла. Получены аналитические выражения для Г(Е,Т) при T=0 и при T > 2ℏks. Сравнение с данными численного pасчета приводит к выводу о спpаведливости линейной температурной зависимости Г(E = const,T) в широком диапазоне температур, за исключением очень низких. Показано, что при температуре выше критической существует область энергий в окрестности ET , в котоpой преобладают процессы с поглощением фононов, препятствующие релаксации поляритонов вниз по дисперсионной кривой. Ширина этого участка сравнима с максимальной энергией фононов и увеличивается с pостом температуры.

The single-phonon damping of polaritons governs the most important characteristics of the relaxation processes of excitations in the region of the resonance energy ET. Here the single-phonon damping of polaritons by acoustical phonons is calculated in the deformation-potential approximation for the lowest excitons Γ(3/2) in Ar, Kr, and Xe cryocrystals. The results of a numerical calculation of the curves of the energy dependence of the damping Γ(E,T=const) at several temperatures spanning the free exciton existence region for each crystal are presented. Analytical expressions are obtained for Γ(E,T) at T=0 and T>2ℏks. A comparison with the data from the numerical calculation indicates that a linear temperature dependence Γ(E=const,T) holds over a wide temperature range, except at very low temperatures. It is shown that at temperatures above the critical point there exists a region of energies in the neighborhood of ET in which processes involving the absorption of phonons are dominant and prevent the relaxation of the polaritons down the dispersion curve. The width of this region is comparable to the maximum phonon energy and increases with increasing temperature.