ElektronenTemperatur

Elektronentemperatur ist ein Parameter, der die thermische Energie der freien Elektronen eines Systems beschreibt. In thermischen Zuständen folgt die Verteilung der Elektronen dem Fermi-Dirac-Verlauf (bei Metallen) bzw. dem Maxwell-Boltzmann-Verlauf und wird durch die Elektronentemperatur T_e festgelegt. T_e kann von der Gittersystemtemperatur T abweichen und ist sinnvoll, wenn Elektronen und das Gitter unterschiedlich schnell erhitzt oder abgekühlt werden.

In Plasmen ist T_e unabhängig von der Ionentemperatur. Sie gibt die mittlere Energie der Elektronen an und liegt häufig im Bereich von Elektronenvolt bis zu einigen Kiloelectronvolt in heißen Plasmen. Unterschiedliche Elektronen- und Ionen-Temperaturen führen zu Nicht-Gleichgewichtszuständen, beeinflussen Ionisation, Strahlung und elektrischen Transport.

In Festkörpern kann die Elektronentemperatur bei ultrakurzen Anregungen deutlich über der Gittertemperatur liegen. Das Two-Temperature-Modell beschreibt die zeitliche Entwicklung: C_e dT_e/dt = -G (T_e - T_L) + P(t); C_L dT_L/dt = G (T_e - T_L). Elektronen erhitzen sich durch eine Anregung und geben Wärme an das Gitter ab, wobei die Kopplungsgeschwindigkeit durch G bestimmt wird.

Messmethoden umfassen zeitaufgelöste Photoemission, Thomson-Streuung, Pump-Probe-Optik und Langmuir-Proben in Plasmen; in Festkörpern auch Terahertz- oder optische Messungen der Elektronendynamik. T_e beeinflusst Leitfähigkeit, optische Eigenschaften und Kopplungseffekte zwischen Elektronen und Phononen.

Der Begriff ist eine Näherung, die gilt, solange sich die Elektronen in einer quasi-Gleichverteilung befinden. Bei stark nichtthermischen Verteilungszuständen kann statt eines einzigen T_e ein effektives Temperaturmaß verwendet werden.