高二物理競(jìng)賽離子晶體的紅外光學(xué)性質(zhì)課件

離子晶體的紅外光學(xué)性質(zhì)一.離子晶體長(zhǎng)光學(xué)聲波的特點(diǎn)二.長(zhǎng)光學(xué)聲波的宏觀運(yùn)動(dòng)方程三.LST(Lyddane-Sachs-Teller關(guān)系式四.極化對(duì)離子晶體光學(xué)性質(zhì)的影響五.極化激元（Polaritons）

六.黃昆方程面心立方點(diǎn)陣第一Brilouin區(qū)內(nèi)的對(duì)稱情況(001)面

頻率等值線以2π×1013s-1

為單位[110][100]

立方晶系只需要測(cè)量三個(gè)主軸方向色散曲線的說(shuō)明黃昆書(shū)p194

大多數(shù)離子晶體在可見(jiàn)光譜區(qū)域是透明的，但在光譜的紅外區(qū)存在強(qiáng)烈的反射和吸收現(xiàn)象，這些紅外光學(xué)性質(zhì)是由離子晶體光學(xué)支聲子決定的。和離子晶體光學(xué)聲子典型頻率值1013Hz相近的紅外光對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（10－5m）遠(yuǎn)比原子間距大得多，所以可能和紅外光發(fā)生作用的只能是長(zhǎng)波光學(xué)聲子，即Brilouin區(qū)心附近的光學(xué)聲子。所以研究離子晶體的紅外光學(xué)性質(zhì)要從分析長(zhǎng)光學(xué)波運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，求解長(zhǎng)光學(xué)波的宏觀運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)。K

離子晶體的長(zhǎng)光學(xué)波是極化波，縱波中存在的極化電場(chǎng)會(huì)提高其傳播頻率，橫波不受影響。見(jiàn)Blakemore：SolidStatePhysicsP111NaI的色散曲線很明顯看到：

ωLO＞ωTO∞

相對(duì)介電函數(shù)εr

(ω)與頻率的關(guān)系，在ωT

處εr

(ω)

趨于無(wú)窮大，ωT＜ω＜ωL

時(shí)，介電函數(shù)為負(fù)，頻率在此范圍的電磁波不能在介質(zhì)中傳播。

見(jiàn)Kittelp283圖13取εr(∞)＝

2,εr(0)＝3

繪出的εr

(ω)

－

ω圖

ωT＜ω＜ωL時(shí)介電函數(shù)為負(fù)，頻率在此范圍的電磁波不能在介質(zhì)中傳播。理想晶體的反射率和頻率的關(guān)系大塊NaCl晶體的反射率和波長(zhǎng)關(guān)系

Phononsp16Kittel8版p284圖15，

不同厚度的NaCl薄膜的紅外透射譜

□只有襯底＋膜厚0.07μm●膜厚0.11μm×膜厚0.17μm○膜厚0.26μm

見(jiàn)PhononsⅡp16

極化激元（Polaritons)

由于光子是橫向電磁場(chǎng)量子，光照射離子晶體時(shí)將激發(fā)橫向電磁場(chǎng)，從而對(duì)離子晶體中光頻支橫波振動(dòng)產(chǎn)生影響，特別是當(dāng)光子頻率ω=kc和橫波光學(xué)支聲子的頻率ωT相近時(shí)，兩者的耦合很強(qiáng)，其結(jié)果將使光子與TO聲子的色散曲線都發(fā)生很大的變化，形成光子－TO聲子的耦合模式，其量子稱作極化激元。它是離子晶體中的一種元