什么是色心（Color Center）？为何色心会导致颜色？

Question

如题所述

Answer 1

色心，简单来说，是固体材料中那些无法用特定掺杂离子的光吸收特性来完全解释的光吸收现象。想象一下，一个均匀的半导体，内部由单一物质构成，电子原本在价带中稳定。当光能扰动一个电子，使其离开原本的轨道进入导带，这个区域的半导体就产生了变化。

失去电子的原子会留下一个正电荷，由于价带的电子流动性，这个正电荷可以从邻近的原子那里获取电子，形成一个在半导体介质中活动的类氢原子，也就是激子。尽管它与氢原子类似，但活动环境不同，一个是真空，一个是固体介质，导致电子轨道有显著差异。

而色心的形成，往往不是直接源自掺杂离子的跃迁，比如氧化铝中掺入的3价钛离子，其自身的跃迁能产生吸收。有些掺杂物没有自身的定域跃迁，也不是与邻近原子形成常见的能级跃迁，而是由于电子数的增减，形成了一种特殊的元激发，这种现象就被称为色心。甚至有时候，色心的出现可能源于某个原子的缺失，而非添加。