TheLib.Ru » Энциклопедии » БСЭ » Большая Советская Энциклопедия (ФО) » онлайн-чтение (стр. 46)

 

 

фотосинтез, фотоэлемент) .">фото... и греч. chroma – цвет, краска), способность вещества обратимо (т. е. с последующим возвращением в исходное состояние) переходить под действием оптического излучения из одного состояния в какое-либо такое другое состояние, в котором у вещества появляется или резко меняется спектр поглощения видимого излучения. Многие вещества совершают указанные переходы под действием, например, рентгеновского или СВЧ-излучения. Тем не менее фотохромными в строгом смысле они являются, только если такие переходы они испытывают и под действием оптического излучения (ультрафиолетового, видимого или инфракрасного).
     В общем виде фотохромный процесс заключается в следующем. В исходном состоянии Авещество, поглощая оптическое излучение определенного спектрального состава, переходит в т. н. фотоиндуцированное состояние В,для которого характерны иной спектр поглощения света и некоторое (определённое для данного состояния) время жизни. Обратный переход В( Асовершается самопроизвольно за счёт тепловой энергии и может чрезвычайно сильно ускоряться при нагревании вещества или под действием света, поглощаемого в состоянии В.
     Ф. присущ очень большому числу веществ органического или неорганического происхождения. В основе Ф. органических веществ лежит ряд фотофизических процессов и многочисленные фотохимические реакции (см. Фотохимия;там же о таких типичных фотофизических процессах, приводящих к Ф., как поглощение света молекулами в триплетном состоянии, в которое они перешли из синглетного, в свою очередь, под действием излучения). Если основой Ф. служат фотохимические реакции, то они сопровождаются либо перестройкой валентных связей (например, при диссоциации,димеризации, перегруппировке атомов в молекуле, окислительно-восстановительных реакциях, а также при таутомерных превращениях, см. Таутомерия ) ,либо изменением конфигурации атомов в молекулах (т. н. цис-транс-изомерия, см. Изомерия ) .Ф. неорганических веществ обусловлен обратимыми процессами фотопереноса электронов, приводящим к возникновению центров окраски различного типа, изменению валентности ионов металлов, а также обратимыми реакциями фотодиссоциации соединений и др.
     На основе органических и неорганических фотохромных веществ разработаны фотохромные материалы.Применение этих материалов в науке и технике основано на их светочувствительности, обратимости происходящих в них фотофизических и фотохимических процессов, на появлении или изменении окраски (спектров поглощения) непосредственно под действием света, на различии термических, химических и физических свойств исходного и фотоиндуцированного состояний фотохромных веществ.
     Лит.:Теренин А. Н., Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Л., 1967; Барачевский В. А., Фотохромизм, «Журнал Всесоюзного Химического общества им. Д. И. Менделеева», 1974, т. 19, № 4, с. 423–33: Барачевский В. А., Дашков Г. И., Цехомский В. А., Фотохромизм и его применение, М., 1977; Photochromism, N. Y., [1971].
      В. А. Барачевский.

стекло,способное обратимо изменять светопропускание в видимой области спектра при воздействии ультрафиолетового или коротковолнового видимого излучения. Светочувствительность Ф. с. обусловлена фотохимическими процессами, которые могут быть связаны как с переходом электронов между элементами переменной валентности (например, Eu IIи Ce III) Так и с фотолизом галогенидов тяжёлых металлов (галогениды равномерно распределены в объёме стекла в виде микрокристаллических образований). Благодаря высоким фотохромным характеристикам (оптическая плотность, достигаемая при затемнении, скорости потемнения и релаксации) и технологическим свойствам наиболее распространены стекла с галогенидами серебра. Известны также Ф. с. с галогенидами меди и хлоридом таллия. Составы стекол разнообразны (силикатные, боратные, боросиликатные, германатные и фосфатные системы). Технологические режимы синтеза Ф. с. те же, что и при получении технических стекол. Возможные области применения Ф. с.: в приборостроении (в качестве светофильтров с переменным пропусканием), строительстве (для регулирования освещённости и нагрева в зданиях), голографии (в качестве регистрирующей среды для записи информации), медицине (специальные очки), самолёто- и ракетостроении (остекление кабин) и т.д.
     Лит.:Бережной А. И., Ситаллы и фотоситаллы, М., 1966; Цехомский В. А., Фотохромные стекла, «Оптико-механическая промышленность», 1967, № 7.
      М. В. Артамонова.

фотохромизма органических и неорганических веществ: один из новых (получивших распространение с 60-х гг. 20 в.) типов светочувствительных материалов для регистрации изображений, записи и обработки оптических сигналов. В зависимости от области применения Ф. м. изготовляют в виде: жидких растворов; полимерных плёнок; тонких аморфных и поликристаллических слоев на гибкой и жёсткой подложке; силикатных и полимерных стекол; монокристаллов.
     Наибольшее распространение получили полимерные Ф. м. на основе органических соединений (спиропиранов, дитизонатов металлов и др.), фотохромные силикатные стекла, содержащие микрокристаллы галогенидов серебра (AgBr, AgCl и др.), активированные кристаллы щёлочно-галоидных соединений (например, KCl, KBr, NaF), солей и окислов щёлочноземельных металлов с добавками (например, CaF 2/La, Ce; SrTiO 3/Fe + Mo).
     Применение Ф. м. в фотографии определяется наличием у них таких свойств, как исключительно высокая разрешающая способность (теоретически минимальный элемент изображения может иметь размер порядка размера молекулы или элементарной ячейки кристалла, т. е. менее одного нм) ,возможность получения изображения непосредственно под действием света, т. е. практически в реальном масштабе времени (время записи ограничивается длительностью элементарных фотопроцессов и может быть менее 10 -8 сек) ,изменение в широких пределах времени хранения записанной информации (от 10 -6 секдо нескольких месяцев и даже лет), возможность перезаписи и исправления изображения с помощью теплового или светового воздействия. В зависимости от типа Ф. м. можно получать негативное или позитивное многоцветное изображение под действием излучения в диапазоне от рентгеновского до микроволнового.
     Светочувствительность Ф. м. на 4–7 порядков ниже, чем у галогенсеребряных фотоматериалов, поэтому особый интерес представляет применение Ф. м. в лазерных системах, обеспечивающих запись и обработку оптической информации в мощных потоках излучения в реальном масштабе времени.
     Помимо использования в традиционных областях фотографии, Ф. м. находят применение в системах отображения динамической информации, скоростной оптической обработки оптических и электрических сигналов, в качестве элементов оперативной памяти ЭВМ (где быстродействие и многократность использования Ф. м. особенно важны), в системах микрофильмирования и микрозаписи, в голографии (где особенно существенно высокое разрешение Ф. м.), при фотомаскировании в цветной фотографии и печати (где с помощью Ф. м. можно создавать корректирующие спектральные или контурные маски в момент экспонирования или печатания), а также в оптоэлектронике, дозиметрии, актинометрии,в оптических затворах, автоматически изменяющих пропускание света в зависимости от уровня освещённости,и много др.
     Лит.см. при ст. Фотохромизм.
      В. А. Барачевский, Л. А. Картужанский.

фотоискусства ) и наделённые преимущественно историко-познавательной ценностью.

Хронометраж.

высокой печати путём фотографического переноса изображения на цинковую пластину (с последующим её травлением). Ф. больше известна под название цинкографии.

полупроводнике при поглощении в нём электромагнитного излучения (фотонов). Появление Ф. (фотовольтаический эффект) обусловлено пространственным разделением генерируемых излучением носителей заряда (фотоносителей). Разделение фотоносителей происходит в процессе их диффузии и дрейфа в электрическом и магнитном полях из-за неравномерной генерации, неоднородности кристалла, воздействия внешнего магнитного поля, одноосного сжатия и др.
     Объёмная Ф. в однородном полупроводнике, обусловленная неодинаковой генерацией в нём фотоносителей, называется диффузионной, или фотоэдс Дембера. При неравномерном освещении полупроводника или облучении его сильно поглощающимся (и быстро затухающим в глубине кристалла) излучением концентрация фотоносителей велика вблизи облучаемой грани и мала или равна нулю в затемнённых участках. Фотоносители диффундируют от облучаемой грани в область, где их концентрация меньше, и если подвижности электронов проводимости и дырок неодинаковы, в объёме полупроводника возникает пространственный заряд, а между освещенным и затемнённым участками – фотоэдс Дембера. Величина этой Ф. между двумя точками полупроводника 1 и 2 может быть вычислена по формуле:
    ,
   где k – Больцмана постоянная, е –заряд электрона, Т –температура, m эи m д– подвижности электронов и дырок, s 1и s 2 –электропроводность в точках 1 и 2. Фотоэдс Дембера при данной интенсивности освещения тем больше, чем больше разность подвижностей электронов и дырок и чем меньше электропроводность полупроводника в темноте. Излучение, генерирующее в полупроводнике только основные носители заряда, не создаёт фотоэдс Дембера, так как в этом случае эдс в объёме компенсируется равной ей по величине и противоположной по знаку эдс, образующейся на контакте полупроводника с электродом. Фотоэдс Дембера в обычных полупроводниках мала и практического применения не имеет.
     Вентильная (барьерная) Ф. возникает в неоднородных по химическому составу или неоднородно легированных примесями полупроводниках, а также на контакте полупроводника с металлом. В области неоднородности в полупроводнике существует внутреннее электрическое поле, которое ускоряет генерируемые излучением неосновные и замедляет основные неравновесные носители заряда. В результате фотоносители разных знаков пространственно разделяются. Разделение электронов и дырок внутренним полем эффективно, когда неоднородность не слишком плавная, так что на длине порядка диффузионной длины неосновных носителей заряда разность химических потенциалов превышает kT/e(при комнатной температуре kT/e= 0,025 эв) .Вентильная Ф. может возникать в полупроводнике под действием света, генерирующего и электроны, и дырки или хотя бы только неосновные носители. Для практических применений особенно важна вентильная Ф., возникающая в электронно-дырочном переходе или полупроводниковом гетеропереходе.Она используется в фотоэлектронных приборах (фотовольтаических элементах, солнечных элементах). По величине вентильной Ф. также обнаруживают слабые неоднородности в полупроводниковых материалах.
     Ф. может возникать также в однородном полупроводнике при одновременном одноосном сжатии и освещении (фотопьезоэлектрический эффект). Она появляется на гранях, перпендикулярных направлению сжатия, её величина и знак зависят от направления сжатия и освещения относительно кристаллографических осей. Ф. пропорциональна давлению и интенсивности излучения. В этом случае Ф. обусловлена анизотропией коэффициентом диффузии фотоносителей, вызванной одноосной деформацией кристалла. При неоднородном сжатии и одновременном освещении полупроводника Ф. может быть обусловлена неодинаковым в разных частях кристалла изменением ширины запрещенной зоны под действием давления ( тензорезистивный эффект ) .
     В полупроводнике, помещенном в магнитное поле и освещенном сильно поглощающимся светом так, что градиент концентрации фотоносителей (и их диффузионный поток) возникает в направлении, перпендикулярном магнитному полю, электроны и дырки разделяются вследствие их отклонения магнитным полем в противоположных направлениях (см. Кикоина – Носкова эффект ) .
     Сов. физик Б. И. Давыдов (1937) установил, что Ф. может возникать и при генерации только основных носителей заряда (или при поглощении электронами проводимости излучения), если энергия фотоносителей заметно отличается от энергии др. носителей заряда. Обычно такая Ф. возникает в чистых полупроводниках с высокой подвижностью электронов при очень низких температурах. Ф. в этом случае обусловлена зависимостью подвижности и коэффициента диффузии электронов от их энергии. Ф. этого типа имеет заметную величину в InSb n-типа, охлажденном до температуры жидкого гелия.
     При поглощении излучения свободными носителями заряда в полупроводнике вместе с энергией фотонов поглощается их импульс. В результате электроны приобретают направленное движение относительно кристаллической решётки и на гранях кристалла, перпендикулярных потоку излучения, появляется Ф. светового давления. Она мала, но вместе с тем очень мала и её инерционность (порядка 10 -11 сек) . Ф.светового давления используется в быстродействующих приёмниках излучений, предназначенных для измерения мощности и формы импульсов излучения лазеров.
   
      Лит.:Рыбкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Тауц Ян, Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Фотопроводимость. Сб. ст., М., 1967.
      Т. М. Лифшиц.

Звёздная величина.

фотопроводимости.Примесный атом в полупроводнике может находиться в основном (невозбуждённом) или одном из возбуждённых энергетических состояний. Спектр этих состояний специфичен для каждого химического элемента примеси в данном полупроводнике. Если облучать полупроводник монохроматическим излучением, плавно изменяя частоту w, т. е. энергию фотонов (где  – Планка постоянная ) ,то всякий раз, когда будет совпадать с энергетическим зазором между основным и одним из возбуждённых состояний, атом примеси соответствующего сорта будет переходить в это возбуждённое состояние, поглощая фотон. Можно подобрать температуру кристалла так, что энергия его тепловых колебаний окажется достаточной для ионизации возбуждённого атома (но недостаточной для ионизации невозбуждённого атома). Тогда будет происходить двухступенчатая фототермическая ионизация примесных атомов: сначала оптическое возбуждение, а затем термическая ионизация. Её результатом является выброс электрона или дырки из атома примеси в зону проводимости и соответственно – фотопроводимость.
     Спектр примесной фотопроводимости состоит из набора пиков, каждый из которых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определенного сорта (см. рис. ). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые количества примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10 -11% от общего числа атомов. Теоретический предел чувствительности Ф. с. ещё на несколько порядков ниже.
     Лит.:Лифшиц Т. М., Лихтман Н. П., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия примесей в полупроводниках, «Письма в редакцию ЖЭТФ», 1968, т. 7, в. 3, с. 111–14; Коган Ш. М., Седунов Б. И., Фототермическая ионизация примесного центра в кристалле, «Физика твердого тела», 1966, т. 8, в. 8, с. 2382–89; Быкова Е. М., Лифшиц Т. М., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия, полный качественный анализ остаточных примесей в полупроводнике, «Физика и техника полупроводников», 1973, т. 7, № 5, с. 986–88; Kogan Sh. М., Lifshits, T. М., Photoelectric Spectroscopy – a new Method of Analysis of Impurities in Semiconductors, «Physica status solidi (a)», 1977, 39, № 1, p. 11.
      Т. М. Лифшиц.
   Фотоэлектрический спектр Ge с примесями B, Al, Ga.

фотонами ) ,равными ( – Планка постоянная,w –частота излучения). Ф. я. возникают, когда энергия поглощённого фотона затрачивается на квантовый переход электрона в состояние с большей энергией. В зависимости от соотношения между энергией фотонов и характерными энергиями вещества (энергией возбуждения атомов и молекул, энергией их ионизации, работой выхода электронов из твёрдого тела и т.п.) поглощение электромагнитного излучения может вызывать разные Ф. я. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости вещества (