Voir la source de Exciton

[[Fichier:Exciton.svg|vignette|Représentation schématique d'un exciton de Frenkel, dans un cristal (points noirs). ]]
Un '''exciton''' est, en physique, une [[quasi-particule]] que l'on peut voir comme une paire [[électron]]-[[trou d'électron|trou]] liée par des [[Loi de Coulomb (électrostatique)|forces de Coulomb]]. Une analogie souvent utilisée consiste à comparer l'électron et le trou respectivement à l'électron et au [[proton]] d'un [[atome d'hydrogène]]. Ce phénomène se produit dans les [[semi-conducteur|semi-conducteurs]] et les [[isolant électrique|isolants]].

En 2008, le premier dispositif électronique basé sur des excitons a été démontré, fonctionnant à des températures cryogéniques<ref>{{Article|langue=en|prénom1=A. A.|nom1=High|prénom2=E. E.|nom2=Novitskaya|prénom3=L. V.|nom3=Butov|prénom4=M.|nom4=Hanson|titre=Control of Exciton Fluxes in an Excitonic Integrated Circuit|périodique=Science|volume=321|numéro=5886|date=2008-07-11|issn=0036-8075|issn2=1095-9203|doi=10.1126/science.1157845|lire en ligne=http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1157845|consulté le=2019-03-31|pages=229–231}}</ref>. En 2018, l'[[EPFL]] met au point un [[transistor]] basé sur les excitons qui peut fonctionner à température ambiante<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Dmitrii|nom1=Unuchek|prénom2=Alberto|nom2=Ciarrocchi|prénom3=Ahmet|nom3=Avsar|prénom4=Kenji|nom4=Watanabe|titre=Room-temperature electrical control of exciton flux in a van der Waals heterostructure|périodique=Nature|volume=560|numéro=7718|date=2018-8|issn=0028-0836|issn2=1476-4687|doi=10.1038/s41586-018-0357-y|lire en ligne=http://www.nature.com/articles/s41586-018-0357-y|consulté le=2019-03-31|pages=340–344}}</ref>. Cette technique ouvre la voie à une panoplie de nouvelles possibilités en '''excitonique''', branche de la [[physique appliquée]] qui, après celle de la [[photonique]] et de la [[spintronique]], s’avère des plus prometteuses pour l'[[électronique (technique)|électronique]] du futur<ref>{{Lien web|url=https://www.enviscope.com/avec-lexciton-lepfl-lance-lexcitonique-electronique-du-futur/|titre=Avec l’exciton, l’EPFL lance l’excitonique, électronique du futur|auteur=Michel Deprost|date=6 août 2018|site=enviscope.com}}.</ref>.

Le terme est également utilisé en chimie pour désigner des états électroniquement excités des systèmes moléculaires, qui sont délocalisés sur au moins deux chromophores. Cette notion a été popularisée parmi les chimistes par M. Kasha dans les années 1960<ref>M. Kasha, H. R. Rawls and M. A. El-Bayoumi,
Pure & Appl. Chem. 1965 (11) 371-392</ref>. Depuis, de nombreux travaux décrivent des excitons dans des systèmes très variées, allant des agrégats H ou J<ref>Modeling the optical properties of excitons in linear and tubular J-aggregates, J. Knoester, 
International Journal of Photoenergy 2006, DOI: 10.1155/ijp/2006/61364</ref> jusqu'aux systèmes photosynthétiques<ref>Lessons from nature about solar light harvesting, G. D. Scholes, G. R. Fleming, A. Olaya-Castro and R. van Grondelle, Nature Chemistry 2011 (3) 763-774, DOI: 10.1038/nchem.1145</ref>  et l'ADN<ref>Dipolar coupling between electronic transitions of the DNA bases and its relevance to exciton states in double helices, B. Bouvier, T. Gustavsson, D. Markovitsi and P. Millié, Chem. Phys. 2002 (275) Pages 75-92, DOI: 10.1016/S0301-0104(01)00523-7</ref>.



== Caractéristiques ==
On distingue généralement deux sortes d'exciton :
* l'exciton de [[Nevill Francis Mott|Mott]]-[[Gregory Wannier|Wannier]], dont le rayon (l'analogue du [[rayon de Bohr]] dans l'atome d'hydrogène) est nettement plus grand que le [[paramètre de maille]] du matériau cristallin dans lequel il se produit, et
* l'exciton de [[Yakov Frenkel|Frenkel]], beaucoup plus petit, qui se produit quand la [[constante diélectrique]] du matériau est plus faible.

L'électron et le trou d'un exciton de Mott-Wannier sont séparés d'environ ''d''~100-400Å tandis que cette séparation est de l'ordre de ''d''<5Å pour un exciton de Frenkel. Il existe toutefois un cas intermédiaire que l'on retrouve dans les cristaux moléculaires organiques et où la distance entre l'électron et le trou correspond à une ou deux fois la distance intermoléculaire du plus proche voisin, on nomme cet exciton : exciton à transfert de charge<ref>{{Ouvrage|langue=en|auteur1=Martin Pope|titre=Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers|éditeur=Oxford University Press|lieu=United Kingdom|année=1999|isbn=}}</ref>.

Une autre façon de décrire un exciton est de le voir comme étant une onde de polarisation neutre dans le matériau.

Dans les matériaux semi-conducteurs, l'exciton se manifeste par la présence d'un pic d'absorption situé à une énergie plus faible que l'énergie de bande interdite du matériau<ref>{{Ouvrage|langue=en|auteur1=|auteurs=[[Gérald Bastard]]|titre=Wave mechanics applied to semiconductor heterostructures|éditeur=Les éditions de physique|collection=Monographies de physique|année=1988|date=|pages totales=357|pages=327|isbn=2-86883-092-7|lire en ligne=}}</ref>. La différence entre les deux énergies est l'énergie de liaison <math>E_l</math> de l'exciton, et le pic excitonique n'est observable que lorsque l'énergie de liaison n'est pas négligeable devant l'énergie thermique : <math>k_BT  \ll E_l </math>. Dans un [[puits quantique]], l'énergie de la transition excitonique peut être modifiée par l'application d'un [[champ électrique]] (grâce à l'[[effet Stark]]), ce qui est à la base d'un [[modulateur]] d'intensité lumineuse : le modulateur à électro-absorption.

== Historique ==
{{…}}
Le concept d’excitons a été proposé pour la première fois par [[Yakov Frenkel]] en [[1931 en science|1931]]<ref>{{article|langue=en|doi=10.1103/PhysRev.37.17|titre=On the Transformation of light into Heat in Solids. I|url=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.37.17|année=1931|nom1=Frenkel|prénom1=J.|journal=Physical Review|volume=37|pages=17}}</ref>, quand il a décrit l’excitation des atomes d’un réseau dans un isolant. Il a proposé que cet [[Excitation (physique)|état excité]] soit en mesure de voyager telle une particule à travers le réseau sans transfert de charge apparent.

== Références ==
<references/>

== Voir aussi ==
=== Bibliographie ===
* {{article| langue=en| titre=Dark excitons outnumber bright ones| traduction titre=Les excitons sombres sont plus nombreux que les excitons clairs| auteur1=Christine Middleton| périodique=[[Physics Today]]| date=7 janvier 2021| doi=10.1063/PT.6.1.20210107a}}

=== Liens externes ===
* [https://www.franceculture.fr/emissions/la-methode-scientifique/excitons-un-potentiel-tres-excitant "Excitons : un potentiel très excitant", La Méthode Scientifique, France Culture, 31 octobre 2018]

{{Palette| Tableau particules}}

{{Portail| physique}}

[[Catégorie:Quasi-particule]]