exciton

exciton（エキシトン）は、半導体や絶縁体などの物質において、光などの外部エネルギーを吸収して電子が価電子帯から伝導帯へ励起された際に形成される準粒子です。このとき、電子が抜けた後に残る正孔（ホール）と、励起された電子が静電的なクーロン力によって互いに引き付け合い、あたかも一つの粒子のように振る舞う束縛状態を指します。

物理的特性と挙動

エキシトンは電荷を帯びていない中性粒子であるため、電気を運ぶキャリアとしては機能しませんが、エネルギーを運ぶ役割を果たします。この状態は非常に不安定であり、一定時間が経過すると電子と正孔が再結合して消滅し、その際に光や熱としてエネルギーを放出します。この再結合プロセスは、ＬＥＤやレーザーダイオードなどの光デバイスの動作原理において極めて重要な役割を担っています。

他の準粒子との比較

似た概念に plasmon（プラズモン）がありますが、plasmon が電子ガスの集団的な振動であるのに対し、exciton は個別の電子と正孔のペアによる束縛状態であるという根本的な違いがあります。また、超伝導現象に関わる Cooper pair（クーパー対）も電子のペアですが、こちらは低温下で電子同士が引き付け合う現象であり、正孔を伴う exciton とは物理的なメカニズムが異なります。