¿Cómo es posible medir un positrón en silicio sin ser aniquilado en primer lugar por un electrón?

Un positrón detenido en un buen aislante formará (al menos parte del tiempo) Positronio (Ps) con un electrón del huésped. Ps puede tener 4 estados de giro posibles: tres estados de “triplete” con giro 1 o un estado de “singlete” con giro cero. Singlet Ps (para-Ps) decae en el vacío con una vida útil de 0.1244 ns, mientras que el triplete Ps (orto-Ps) vive mucho más tiempo: alrededor de 142 ns. Para-Ps se descompone en dos fotones, lo que significa que si se descompone en reposo los fotones son exactamente consecutivos; un espectrómetro lo suficientemente bueno puede decir si están en un ángulo leve, a partir del cual se puede estimar el momento del electrón responsable de la aniquilación, esto se usa para medir la distribución de momento de los electrones en la banda de conducción. Bastante bien, ¿eh?

Un positrón detenido en la mayor parte de un cristal de Si puro generalmente se aniquila “directamente” con un electrón de la banda de conducción (ver arriba), pero si se forma en la superficie o en microcanales, puede formar Ps primero.

Mi punto es que “en primer lugar” puede implicar tiempos bastante cortos (nanosegundos o menos), pero podemos hacer muchas mediciones en cosas que solo duran tanto tiempo; ¡también que los mismos gammas de aniquilación son la principal herramienta de medición!

P: ¿Cómo es posible medir un positrón en silicio sin ser aniquilado en primer lugar por un electrón?

R: Los agujeros no son positrones antimateria, a pesar de la estrecha analogía con la interpretación anticuada de la era cuántica temprana del mar de electrones de energía negativa de Dirac.

En cambio, en los semiconductores existe un concepto importante de un “agujero”, un estado mecánico cuántico desocupado por electrones. Resulta que el agujero puede tratarse como una partícula cargada positivamente, e incluso puede “aniquilarse” con un electrón real que cae de un estado de mayor energía al estado del agujero (así es como los LED emiten luz).

Los dispositivos semiconductores están cuidadosamente diseñados (Doping (semiconductor)) para tener la concentración correcta de electrones y orificios en la banda de conducción para permitir una conmutación de corrientes fácil / rápida / precisa, con orificios que duran lo suficiente como para ser útiles.

No verá el positrón per se, sino la radiación generada por la aniquilación positrón-electrón.

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