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  由於光子是橫向電磁場的量子,光照射離子晶體時將激發橫向的電磁場,從而對離子晶體中光頻支橫波振動產生影響,特別是當光子頻率w=kc與橫波光學模聲子的頻率wt相近時,兩者的耦合很強,其結果將使光子與橫波光學模聲子的色散關係曲線都發生很大的改變,形成光子-橫光學模聲子的耦合模式,其量子稱為極化激元。

  晶體中發生電子躍遷時,常常會伴隨著發生晶格能量的改變,表現為晶體中電子躍遷的光吸收和光發射具有複雜的與溫度有關的譜線形狀。這個問題對認識晶體的光學和光電性質、認識晶體中激發出來的載流子的運動和壽命等都有重要意義。1950年,黃昆和里斯(A.Rhys)在「F心的光吸收和非輻射躍遷的理論」中首次對這個問題給出了完整的理論處理。他們把圍繞F心的晶格原子的平衡位移位形用晶格振動的正則坐標來展開,躍遷前後的平衡位移位形的變化便表現為晶格振動能量的變化。這樣便清楚地得到了電子躍遷時同時會發射或吸收一個或多個晶格振動量子-聲子的物理圖象,得到了複雜的譜線形狀以及它對溫度的依賴關係的物理本質。國際物理學界公認這一理論的開拓意義,並把它稱為「黃-里斯理論」,對以後發展起來的「極化激元」理論的形成有重要影響。從1980年到1985年,黃昆和他的學生比較嚴格地分析了這類理論處理的基礎——把電子運動和晶格運動分開處理的所謂絕熱近似,提出一個有多個不同頻率的聲子模式參加的多聲子複合過程的理論模型和計算這個模型的理論方法。

  1950年,黃昆綜合介質的電磁理論和晶格動力學理論對極性晶體提出了一對唯象方程。它提供了處理極性晶體光學振動的基礎,被稱為「黃方程」。1951年黃昆從黃方程出發,又推導出晶體中的聲子與電磁波的耦合振蕩模式。他所預見的聲子與電磁波的耦合振動模式於1963年首先被半導體磷化鎵的Ra-man散射實驗所證實,被命名為極化激元。後來發現其他物質振動也有類似的與電磁波的耦合模式,也被稱為極化激元。現在極化激元成為分析固體光學性質的基礎,黃昆的工作在國際上被看作是極化激元領域的里程碑式的工作。70年代後期和80年代初期,黃昆探討了多聲子複合理論中絕熱近似是否失效的問題和無輻射躍遷的絕熱近似及靜態耦合理論,指出康登(Condon)近似實際上包含有微擾處理上的錯誤,並提出了選擇非康登近似波函數的理論判據。在此基礎上,他證明了在晶格弛豫只限於電子-聲子相互作用的對角部分以及非對角部分只限於一級微擾處理的範圍內,絕熱近似和靜態耦合理論是完全等價的。這一結論,從理論上肯定和統一了無輻射躍遷理論的主要成果,並對其後無輻射躍遷幾率的實際計算工作具有重大的指導意義。1982年,黃昆等又把多聲子躍遷理論中廣泛採用的單頻模型推廣為多頻模型,提出了聲子模型統計分佈,揭示了多聲子理論的一個新的方面,闡明在多聲子躍遷中發射了哪些聲子。1983年,他又對多頻模型中最陡下降法的理論基礎做進一步探討,證明了當聲子數足夠多時,由最陡下降法得到的躍遷幾率與由嚴格理論得到的結果是一致的。

  極化激元,英文名:polaritons
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