直接躍遷和間接躍遷是量子物理學中的兩種重要概念,它們描述的是電子在能帶之間的能量轉移方式。在簡單理解中,直接躍遷就像電子在沒有發生顯著動量變化的情況下,通過吸收或輻射光子從一個能級直接跳到另一個能級,這種過程通常伴隨著光子的發射,且躍遷前后k值保持不變。
相比之下,間接躍遷則涉及到更大的動量變化。當電子從價帶躍遷到導帶時,不僅需要吸收光子提供能量,還需要與晶格進行能量交換,即聲子的輻射。這種過程對光子能量的要求更高,且能量轉移過程中動量的改變更為顯著,因此躍遷幾率相對較小。在太陽能半導體的應用中,直接躍遷的半導體如硅,能直接利用光子產生電子-空穴對,而間接躍遷則需要更高的光子能量和特定的動量匹配條件。
直接躍遷遵循選擇定則,即電子的波矢在躍遷前后保持不變,這種類型的躍遷在E(k)曲線圖上表現為兩個能級在垂直方向上對齊。而間接躍遷則涉及到了額外的能量交換機制,使得它在理論和實際應用中都具有不同的特性。