एक्सिटॉन



एक्सिटॉन, इलेक्ट्रॉन और इलेक्ट्रॉन छेद की एक बाध्य अवस्था है, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक कूलम्ब बल के नियम द्वारा एक दूसरे के लिए आकर्षित होती है। यह एक विद्युत रूप से तटस्थ क्वासिपार्टिकल(quasiparticle) है, जो इंसुलेटर अर्धचालक और कुछ तरल पदार्थों में मौजूद है। एक्साइटन को संघनित पदार्थ की प्राथमिक उत्तेजना माना जाता है जो शुद्ध विद्युत आवेश के परिवहन के बिना ऊर्जा का परिवहन कर सकता है। एक एक्साइटन तब बन सकता है जब एक सामग्री अपने बैंडगैप की तुलना में उच्च ऊर्जा के एक फोटॉन(photon) को अवशोषित करती है। यह वैलेंस बैंड से चालन बैंड में एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है। बदले में, यह एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन छेद (उस स्थान के लिए एक अमूर्तता जहाँ से एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित किया गया था) को पीछे छोड़ देता है। चालन बैंड में इलेक्ट्रॉन तब इस स्थानीय छेद के लिए कम आकर्षित होता है, जो छेद और उत्साहित इलेक्ट्रॉन के आसपास बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों से प्रतिकारक कूलम्ब बलों के कारण होता है। ये प्रतिकारक बल एक स्थिर ऊर्जा संतुलन प्रदान करते हैं। नतीजतन, एक्सिटॉन में अनबाउंड इलेक्ट्रॉन और होल की तुलना में थोड़ी कम ऊर्जा होती है। बाध्य अवस्था की तरंग क्रिया को हाइड्रोजनी कहा जाता है, एक हाइड्रोजन परमाणु के समान एक विदेशी परमाणु अवस्था। हालांकि, बाध्यकारी ऊर्जा बहुत छोटी है और कण का आकार हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में बहुत बड़ा है। यह सेमीकंडक्टर (यानी इसकी सापेक्ष पारगम्यता) में अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा कूलम्ब बल की स्क्रीनिंग और उत्तेजित इलेक्ट्रॉन और छेद के छोटे प्रभावी द्रव्यमान दोनों के कारण है।इलेक्ट्रॉन और छेद का पुनर्संयोजन, यानी, एक्सिटॉन का क्षय, इलेक्ट्रॉन और होल वेव फ़ंक्शंस के ओवरलैप के कारण अनुनाद स्थिरीकरण द्वारा सीमित है, जिसके परिणामस्वरूप एक्सिटॉन के लिए एक विस्तारित जीवनकाल होता है।

इलेक्ट्रॉन और छेद में समानांतर या असमानांतर स्पिन हो सकते हैं। स्पिन्स को एक्सचेंज इंटरेक्शन द्वारा युग्मित किया जाता है, जिससे एक्साइटन फाइन स्ट्रक्चर को जन्म मिलता है। आवधिक जाली में, एक्साइटन के गुण गति (K-Vector) निर्भरता दिखाते हैं।

एक्साइटन की अवधारणा को पहली बार 1931 में याकोव फ्रेनकेल द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जब उन्होंने इंसुलेटरों की एक जाली में परमाणुओं के उत्तेजना का वर्णन किया।उन्होंने प्रस्ताव दिया कि यह उत्तेजित अवस्था आवेश के शुद्ध हस्तांतरण के बिना जाली के माध्यम से कण की तरह यात्रा करने में सक्षम होगी।

एक्साइटन को प्रायः छोटे या बड़े डाइ इलेक्ट्रिक स्थिरांक के दो सीमित मामलों में माना जाता है, क्रमशः फ्रेनकेल एक्सिटोन और वानियर-मॉट एक्सिटोन।

फ्रेनकेल एक्सिटोन
अपेक्षाकृत छोटे ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्रियों में, एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद के बीच कूलम्ब की बातचीत मजबूत हो सकती है और इस प्रकार एक्साइटन छोटे होते हैं,उसी क्रम के यूनिट सेल के आकार के रूप में। आणविक उत्तेजनाएं भी पूरी तरह से एक ही अणु पर स्थित हो सकता है, जैसे कि फुलरीन में। याकोव फ्रेनकेल के नाम पर इस फ्रेनकेल एक्सिटॉन में 0.1 से 1 ईवी के क्रम पर एक विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा है। फ्रेनकेल एक्साइटन आमतौर पर क्षार हलाइड क्रिस्टल और सुगंधित अणुओं से बने कार्बनिक आणविक क्रिस्टल में पाए जाते हैं जैसे एंथ्रासीन और टेट्रासीन। फ्रेनकेल एक्साइटन के एक अन्य उदाहरण में आंशिक रूप से भरे D-Shells के साथ संक्रमण धातु यौगिकों में साइट D-D Shell शामिल हैं। जबकि डी-डी संक्रमण सिद्धांत रूप में समरूपता द्वारा निषिद्ध हैं, वे क्रिस्टल में कमजोर रूप से अनुमत हो जाते हैं जब समरूपता संरचनात्मक आराम या अन्य प्रभावों से टूट जाती है। डी-डी संक्रमण के साथ एक फोटॉन गुंजयमान का अवशोषण एक एकल परमाणु साइट पर एक इलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी के निर्माण की ओर जाता है, जिसे फ्रेनकेल एक्साइटॉन के रूप में माना जा सकता है।

वानियर-मॉट एक्सिटोन
अर्धचालक में, ढांकता हुआ स्थिरांक आम तौर पर बड़ा होता है।नतीजतन, विद्युत क्षेत्र की स्क्रीनिंग इलेक्ट्रॉनों और छेदों के बीच कूलम्ब इंटरैक्शन को कम करता है।परिणाम वानियर-मॉट एक्साइटन (wannier -mott exciton) है, जिसमें त्रिज्या जाली रिक्ति से बड़ा है।इलेक्ट्रॉनों का छोटा प्रभावी द्रव्यमान जो अर्धचालक का विशिष्ट है, बड़े एक्साइटन रेडी का भी पक्षधर है।नतीजतन, जाली क्षमता के प्रभाव को इलेक्ट्रॉन और छेद के प्रभावी द्रव्यमान में शामिल किया जा सकता है।इसी तरह 0.01eV के क्रम पर कम द्रव्यमान और स्क्रीनिंग कूलम्ब इंटरैक्शन के कारण ऊर्जा आमतौर पर हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में बहुत कम होती है। इस प्रकार के एक्साइटन का नाम ग्रेगरी वानियर और नेविल फ्रांसिस मॉट के नाम पर रखा गया था। वानियर-मॉट एक्सिटोन आमतौर पर सेमीकंडक्टर क्रिस्टल में छोटे ऊर्जा अंतराल और उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के साथ पाए जाते हैं, लेकिन तरल xenon जैसे तरल पदार्थों में भी पहचाने जाते हैं।उन्हें बड़े एक्साइटन के रूप में भी जाना जाता है।

सिंगल-वॉल कार्बन नैनोट्यूब में, एक्साइटन में वैनियर-मॉट और फ्रेनकेल दोनों की विशेषताए हैं।यह एक-आयाम में इलेक्ट्रॉनों और छेदों के बीच कूलम्ब की बातचीत की प्रकृति के कारण है। नैनोट्यूब का ढांकता हुआ कार्य तरंग फ़ंक्शन की स्थानिक सीमा को ट्यूब अक्ष के साथ कई नैनोमीटर तक विस्तार करने के लिए पर्याप्त है, जबकि नैनोट्यूब के बाहर वैक्यूम या ढांकता हुआ वातावरण में खराब स्क्रीनिंग बड़े के लिए अनुमति देता है (0.4 को 1.0 eV) बाध्यकारी ऊर्जा।

अक्सर एक से अधिक बैंड को इलेक्ट्रॉन और छेद के लिए स्रोत के रूप में चुना जा सकता है, जिससे एक ही सामग्री में विभिन्न प्रकार के एक्साइटन हो सकते हैं।यहां तक कि उच्च-स्तरीय बैंड प्रभावी हो सकते हैं जैसा कि फेमटोसेकंड दो-फोटॉन प्रयोगों ने दिखाया है। क्रायोजेनिक तापमान पर कई उच्च एक्साइटोनिक स्तरों को बैंड के किनारे पर पहुंचते हुए देखा जा सकता है, वर्णक्रमीय अवशोषण लाइनों की एक श्रृंखला का निर्माण करते हैं जो सिद्धांत रूप में हाइड्रोजन वर्णक्रमीय श्रृंखला के समान होते हैं।

3 डी सेमीकंडक्टर्स के लिए समीकरण
बल्क सेमीकंडक्टर में, वानियर एक्साइटन में एक ऊर्जा और त्रिज्या जुड़ी होती है,जिसे एक्सिटॉन रिडबर्ग एनर्जी और एक्सिटॉन बोहर रेडियस कहा जाता है। ऊर्जा के लिए हमारे पास है,


 * $$E(n)=- \frac{ \left( \frac{\mu}{m_0 \varepsilon_r^2}\text{Ry} \right)}{n^2} \equiv -\frac{R_\text{X}}{n^2}$$

यहाँ पे $$\text{Ry}$$ ऊर्जा की Rydburg इकाई है (cf. Rydberg constant), $$\varepsilon_r$$ (स्थैतिक) सापेक्ष पारगम्यता है, $$\mu= (m^*_e m^*_h)/(m^*_e+m^*_h)$$ इलेक्ट्रॉन और छेद का कम द्रव्यमान है, और $$m_0$$ इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है।त्रिज्या के विषय में हमारे पास है,


 * $$r_n = \left(\frac{m_0 \varepsilon_r a_\text{H}}{\mu} \right)n^2 \equiv a_\text{X}n^2$$

यहाँ पे $$a_\text{H}$$ बोहर रेडियस है।

इसलिए GAAS में उदाहरण के लिए, हमारे पास 12.8 और प्रभावी इलेक्ट्रॉन और छेद द्रव्यमान की सापेक्ष पारगम्यता है।0और 0.2 मीटर0क्रमश;और वह हमें देता है $$R_\text{X}=4.2$$ मेव और $$a_\text{X}=13$$ एन.एम.

2 डी सेमीकंडक्टर्स के लिए समीकरण
द्वि-आयामी (2 डी) सामग्री में, सिस्टम क्वांटम सामग्री के विमान के लंबवत दिशा में सीमित है। सिस्टम की कम आयामीता का वान्नियर एक्साइटन्स (Wannier excitons) की बाध्यकारी ऊर्जा और रेडी पर प्रभाव पड़ता है।वास्तव में, ऐसी प्रणालियों में एक्साइटोनिक प्रभाव बढ़ जाते है। एक साधारण जांच की गई कूलम्ब क्षमता के लिए बाध्यकारी ऊर्जा 2 डी हाइड्रोजन परमाणु का रूप ले लेती है
 * $$E(n)= -\frac{R_\text{X}}{\left(n-\tfrac{1}{2}\right)^2}$$.

अधिकांश 2 डी सेमीकंडक्टर्स में रायटोवा-केल्डीश (Rytova -keldysh) फॉर्म एक्सिटॉन इंटरैक्शन के लिए अधिक सटीक सन्निकटन है
 * $$V(r)= -\frac{\pi}{2r_0}\left[\text{H}_0\left(\frac{\kappa r}{r_0}\right)-Y_0\left(\frac{\kappa r}{r_0}\right)\right],$$

जहाँ पे $$r_0$$ तथाकथित स्क्रीनिंग लंबाई है, $$\kappa$$ आसपास के मीडिया का औसत डाइइलेक्ट्रिकश स्थिरांक और $$r$$ एक्सिटॉन रेडियस।इस क्षमता के एक्सिटॉन ऊर्जा के लिए कोई सामान्य अभिव्यक्ति नहीं मिल सकती है।इसके बजाय एक संख्यात्मक प्रक्रियाओं की ओर मुड़ना चाहिए, और यह ठीक क्षमता है जो 2 डी अर्धचालक में ऊर्जा की गैरहाइड्रोजेनिक राइडबर्ग श्रृंखला को जन्म देती है।

उदाहरण: ट्रांज़िशन मेटल डाइक्लोजेनाइड्स(TMDs) में एक्साइटन ट्रांज़िशन मेटल डाइक्लोजेनाइ(टीएमडी) के मोनोलेयर्स एक अच्छा और अत्याधुनिक उदाहरण है जहां एक्साइटन एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं।विशेष रूप से, इन प्रणालियों में, वे 0.5 ईवी के क्रम की एक सीमा ऊर्जा का प्रदर्शन करते हैं  जिसमें अन्य पारंपरिक क्वांटम वैल की तुलना में छेद और इलेक्ट्रॉनों के बीच एक कूलम्ब आकर्षण होता हैं। नतीजतन, कमरे के तापमान पर भी इन सामग्रियों में ऑप्टिकल एक्साइटोनिक स्तरों में स्थापित हैं।

चार्ज-ट्रांसफर एक्सिटॉन
फ्रेनकेल और वानियर-मॉट एक्सिटोन के बीच एक मध्यवर्ती मामला चार्ज-ट्रांसफर (CT) एक्साइटन है।आणविक भौतिकी में, सीटी एक्सिटॉन तब बनते हैं जब इलेक्ट्रॉन और छेद आसन्न अणुओं पर कब्जा कर लेते हैं। वे मुख्य रूप से कार्बनिक और आणविक क्रिस्टल में होते हैं; इस मामले में, फ्रेनकेल और वानियर एक्सिटोन के विपरीत,  सीटी एक्साइटन(CT Exciton) एक स्थिर इलेक्ट्रिक द्विध्रुवीय क्षण प्रदर्शित करते हैं।सीटी एक्साइटन संक्रमण धातु ऑक्साइड में भी हो सकता है, जहां वे संक्रमण धातु 3 डी ऑर्बिटल्स में एक इलेक्ट्रॉन और ऑक्सीजन 2 पी ऑर्बिटल्स में एक छेद शामिल करते हैं।उल्लेखनीय उदाहरणों में सहसंबद्ध cuprates या TiO2 के दो-आयामी एक्साइटन में सबसे कम-ऊर्जा वाले एक्सिटॉन मौजूद होती हैं। उत्पत्ति के बावजूद, सीटी एक्सिटॉन की अवधारणा हमेशा एक परमाणु साइट से दूसरे में चार्ज के हस्तांतरण से संबंधित होती है, इस प्रकार कुछ लैटिस साइटों पर वेव फ़ंक्शन को फैलाता है।

भूतल उत्तेजना
सतहों पर तथाकथित छवि अवस्थाओं का होना संभव है, जहां छेद सॉलिड के अंदर होता है और इलेक्ट्रॉन निर्वात में होता है।ये इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े केवल सतह के साथ ही चल सकते हैं।

परमाणु और आणविक एक्साइटन
वैकल्पिक रूप से एक्साइटन को एक परमाणु आयन अणु की उत्तेजित अवस्था के रूप में वर्णित किया जा सकता है, अगर एक्साइटन लैटिस की कोशिका एक से दूसरे तक भ्रमण कर रही है।

जब एक अणु ऊर्जा की एक मात्रा को अवशोषित करता है जो एक आणविक कक्षीय से दूसरे आणविक कक्षीय में एक संक्रमण से मेल खाता है, तो परिणामी इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजित अवस्था को भी एक एक्साइटन के रूप में वर्णित किया जाता है। एक इलेक्ट्रॉन को सबसे कम खाली कक्ष में पाया जाता है। और एक इलेक्ट्रॉन छेद उच्चतम कब्जे वाले आणविक कक्षीय में पाया जाता है।और चूंकि वे एक ही आणविक कक्षीय के  कई गुना भीतर पाए जाते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉन-होल स्टेट  को बाध्य कहा जाता है। आणविक एक्साइटन्स में आमतौर पर नैनोसेकंड के आदेश पर विशिष्ट जीवनकाल होता है, जिसके बाद ग्राउंड इलेक्ट्रॉनिक स्टेट बहाल हो जाता है और अणु फोटॉन या फोनन उत्सर्जन से गुजरता है। आणविक एक्साइटन में कई दिलचस्प गुण होते हैं, जिनमें से एक ऊर्जा हस्तांतरण है ( फोरस्टर रेजोनेंस एनर्जी ट्रांसफर देखे) जिससे अगर एक आणविक उत्तेजना में दूसरे अणु के वर्णक्रमीय अवशोषण के लिए उचित ऊर्जावान मिलान होता है, तो एक एक्सिटॉन एक अणु से दूसरे अणु से स्थानांतरित (हॉप) हो सकता है। यह प्रक्रिया   समाधान में प्रजातियों के बीच अंतर -आणविक दूरी पर दृढ़ता से निर्भर है, और इसलिए प्रक्रिया को संवेदन और आणविक शासकों में आवेदन मिला है।

कार्बनिक आणविक क्रिस्टल में आणविक एक्साइटन की पहचान डबल्स और/या एक्साइटॉन अवशोषण बैंड के ट्रिपलेट्स क्रिस्टलोग्राफिक अक्षों के साथ दृढ़ता से ध्रुवीकृत हैं। इन क्रिस्टल में एक प्राथमिक कोशिका में सममित रूप से समान स्थिति में बैठे कई अणु शामिल होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंतर -आणविक संपर्क द्वारा उठाए गए स्तर में गिरावट होती है। नतीजतन, अवशोषण बैंड क्रिस्टल के समरूपता अक्षों के साथ ध्रुवीकृत होते हैं। इस तरह के गुणकों (मल्टीप्लेट्स) की खोज एंटोनिना प्रिखोटको के द्वारा की गई थी। और उनकी उत्पत्ति अलेक्जेंडर डेविडोव द्वारा प्रस्तावित की गई थी।इसे 'डेविडोव स्प्लिटिंग' के नाम से जाना जाता है।

विशालकाय ऑस्किलेटर शक्ति बाध्य एक्साइटन
शुद्ध क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉनिक सबसिस्टम के एकसाइटन की सबसे कम उत्तेजित अवस्थाएँ हैं।अशुद्धियां एक्साइटों को बांध सकती हैं, और जब बाध्य अवस्था उथली होती है, तो बाध्य एक्सिटोन के उत्पादन के लिए थरथरानवाली शक्ति इतनी अधिक होती है कि अशुद्धता अवशोषण कम अशुद्धता सांद्रता पर भी आंतरिक एक्साइटॉन अवशोषण के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है।यह घटना सामान्य है और बड़े त्रिज्या (वानियर-मॉट) एक्साइटन और आणविक (फ्रेनकेल) एक्साइटन दोनों पर लागू होती है।इसलिए, अशुद्धियों और दोषों के लिए बाध्य एक्साइटन के पास विशाल थरथरानवाला शक्ति होती है।

एक्साइटन्स की सेल्फ-ट्रैपिंग
क्रिस्टल में, एक्साइटन फोनोन, लैटिस कंपन के साथ संपर्क करते हैं।यदि यह युग्मन GaAs या Si जैसे विशिष्ट अर्धचालकों में फोनन द्वारा एकसाइटन बिखरे हुए हैं।हालांकि, जब युग्मन मजबूत होता है, तो एक्साइटन  स्वयं फंस सकते है।  वर्चुअल फोनन के घने बादल के साथ  एक्साइटन के सेल्फ-ट्रैपिंग परिणामस्वरूप जो क्रिस्टल के पार स्थानांतरित करने के लिए एक्साइटन की क्षमता को दृढ़ता से दबा देता है।सरल शब्दों में इसका अर्थ है एक्साइटन के चारों ओर क्रिस्टल लैटिस का स्थानीय विरूपण। सेल्फ-ट्रैपिंग केवल तभी प्राप्त की जा सकती है जब इस विकृति की ऊर्जा एक्सिटॉन बैंड की चौड़ाई के साथ प्रतिस्पर्धा कर सके।इसलिए, यह लगभग एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट के परमाणु पैमाने का होना चाहिए।

एक्साइटन का सेल्फ-ट्रैपिंग मजबूत-युग्मन पोलरॉन बनाने के समान है, लेकिन तीन आवश्यक अंतरों के साथ।सबसे पहले, स्व-ट्रैप किए गए एक्सिटॉन स्टेट हमेशा एक छोटे से त्रिज्या के होते हैं, लैटिस स्थिरांक के क्रम में, उनकी विद्युत तटस्थता के कारण। दूसरा, मुक्त और सेल्फ-ट्रैपिंग स्टेट को अलग करने वाले एक सेल्फ-ट्रैपिंग बैरियर मौजूद है, इसलिए, मुक्त एक्साइट्स मेटास्टेबल हैं।तीसरा, यह बाधा एक्साइटन के मुक्त और सेल्फ-ट्रैपिंग अवस्थाओं के सह-अस्तित्व को सक्षम बनाता है।   इसका मतलब यह है कि मुक्त एक्साइटन की वर्णक्रमीय रेखाएं और सेल्फ-ट्रैप हुए एक्साइटों के विस्तृत बैंड को एक साथ अवशोषण और ल्यूमिनेशन स्पेक्ट्रा में देखा जा सकता है।जबकि सेल्फ-टैपड स्टेट लैटिस-स्पेसिंग पैमाने के होते हैं, बैरियर में आमतौर पर बहुत बड़े पैमाने पर होते हैं।दरअसल, इसका स्थानिक पैमाना लगभग $$r_b\sim m\gamma^2/\omega^2$$ जहाँ पे $$m$$ एक्सिटॉन का प्रभावी द्रव्यमान है, $$\gamma$$ एक्सिटॉन-फॉनन कपलिंग स्थिरांक है, और $$\omega$$ ऑप्टिकल फोनन की विशेषता आवृत्ति है। $$m$$ तथा $$\gamma$$ बड़े होते हैं तो एक्साइटन सेल्फ-ट्रैप हो जाते हैं, फिर लैटिस स्पेसिंग की तुलना में बैरियर का स्थानिक आकार बड़ा होता है। एक मुक्त एक्सिटॉन स्टेट को स्व-ट्रैप्ड में बदलना एक युग्मित एक्सिटॉन-लेटिस सिस्टम (एक इंस्टेंटन) की सामूहिक सुरंग के रूप में आगे बढ़ता है।क्योंकि $$r_b$$ बड़ा है, टनलिंग को एक सातत्य सिद्धांत द्वारा वर्णित किया जा सकता है। बैरियर की ऊंचाई $$W\sim \omega^4/m^3\gamma^4$$ क्योंकि दोनों $$m$$ तथा $$\gamma$$ में दिखाई देता हैं $$W$$ बैरियर मूल रूप से कम हैं।इसलिए, क्रिस्टल में केवल शुद्ध नमूनों में और कम तापमान पर मजबूत एक्साइटन-फॉनन युग्मन के साथ मुक्त एक्साइटन देखे जा सकते हैं।दुर्लभ-गैस ठोस, क्षार-हैलाइड्स और पाइरीन के आणविक क्रिस्टल में स्वतंत्र और स्व-ट्रैप्ड एक्साइटन्स का सह-अस्तित्व देखा गया ।

इंटरैक्शन
उच्च तापमान पर मुक्त इलेक्ट्रॉन-छेद पुनर्संयोजन की जगह, कम तापमान पर अर्धचालकों में प्रकाश उत्सर्जन के लिए एक्साइटॉन मुख्य तंत्र हैं (जब विशेषता थर्मल ऊर्जा केटी एक्साइटॉन बाइंडिंग एनर्जी से कम होती है)

एक्सिटॉन स्टेट के अस्तित्व का अनुमान उत्तेजना से जुड़े प्रकाश के अवशोषण से लगाया जा सकता है।आमतौर पर, बैंड गैप के ठीक नीचे  एक्साइटन देखे जाते हैं।

जब एक्साइटन फोटॉनों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं तो एक तथाकथित पोलरिटॉन (या अधिक विशेष रूप से एक्सिटॉन-पोलरिटॉन) बनता है।इन एक्साइटन को डैसड एक्साइटन के रूप में संदर्भित किया जाता है।

एक्साइटन एक डायहाइड्रोजन अणु के अनुरूप, एक बाइएक्सिटॉन बनाने के लिए अन्य उत्तेजनाओं के साथ जुड़ सकता है। यदि किसी सामग्री में एक्साइटन का एक बड़ा घनत्व बनाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन-होल तरल बनाने के लिए एक दूसरे के साथ संपर्क कर सकते हैं, एक स्टेट जो के-स्पेस(K-Space) अप्रत्यक्ष अर्धचालक में पाया जाता है।

इसके अतिरिक्त, एक्सिटॉन पूर्णांक-स्पिन कण होते हैं जो निम्न-घनत्व सीमा में बोस के आँकड़ों का पालन करते हैं। कुछ प्रणालियों में, जहां इंटरैक्शन प्रतिकारक होते हैं, एक बोस -आइंस्टीन संघनित अवस्था, जिसे एक्सिटोनियम कहा जाता है, को जमीनी अवस्था होने की भविष्यवाणी की जाती है।एक्साइटोनियम के कुछ प्रमाण 1970 के दशक से मौजूद हैं, लेकिन अक्सर एक पीयरल्स (Peierls)चरण से इसे पहचानना मुश्किल हो गया है। एक्सिटॉन कंडेनसेट्स को कथित तौर पर डबल क्वांटम वेल सिस्टम में देखा गया है। 2017 में कोगर एट अल (Kogar et al.) त्रि-आयामी अर्धधातु 1T-TiSe2 में संघनित प्रेक्षित उत्तेजनों के लिए "सम्मोहक साक्ष्य" मिला।

स्थानिक रूप से प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष एक्साइटन
आम तौर पर, इलेक्ट्रॉन और छेद की निकटता के कारण अर्धचालक में एक्साइटन का जीवनकाल बहुत कम होता है। हालांकि, तथाकथित 'स्थानिक रूप से अप्रत्यक्ष' उत्तेजनाओं के बीच एक इन्सुलेटिंग बैरियर लेयर के साथ 'स्थानिक रूप से अलग क्वांटम कुओं में इलेक्ट्रॉन और छेद को रखकर बनाया जा सकता है। सामान्य (स्थानिक रूप से प्रत्यक्ष) के विपरीत, ये स्थानिक रूप से अप्रत्यक्ष उत्तोलन इलेक्ट्रॉन और छेद के बीच बड़े स्थानिक पृथक्करण हो सकते हैं, और इस तरह  यह बहुत लंबा जीवनकाल रखता है। यह अक्सर बोस-आइंस्टीन संघनन (या इसके दो-आयामी एनालॉग) का अध्ययन करने के लिए इसका उपयोग अक्सर एक्साइटॉन को बहुत कम तापमान पर ठंडा करने के लिए किया जाता है।

नैनोकणों में एक्साइटन
अर्धचालक क्रिस्टलीय नैनोकणों में जो क्वांटम कारावास प्रभावों को प्रदर्शित करते है और इसलिए क्वांटम डॉट्स के रूप में व्यवहार करते है, एक्साइटोनिक रेडी द्वारा दिए गए है
 * $$a_\text{X} = \frac{\varepsilon_r}{\mu/m_0}a_0$$

जहाँ पे $$\varepsilon_r$$ सापेक्ष पारगम्यता है, $$\mu \equiv (m_e^*m_h^*)/(m_e^*+m_h^*)$$ इलेक्ट्रॉन-होल सिस्टम का कम द्रव्यमान है, $$m_0$$ इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है, और $$a_0$$ बोहर रेडियस है।

यह भी देखें

 * ऑर्बिटन
 * ऑस्किलेटर शक्ति
 * प्लास्मोन
 * पोलारिटोन सुपरफ्लुइड
 * ट्रियोन