《固体光学与光谱学》9.ppt

* * 8.2 离子晶体光学响应函数 ---色散关系与反射光谱 8.2.1 理想离子晶体 由晶格振动的(P,E)方程 以及 比较可得理想晶体得介电响应函数 反射谱：R(0), R(?), R M(?), Rm(?) ，?M , ?m 剩余辐射区：全反射 ?TO ? ?LO R(?) = 1 带宽?LO - ?TO 透明区： ? ? 0， ? ?? 共振效应： ? = ?TO 纵波效应：? = ?LO ,? = 0 类等离子体效应 Polariton 的介电函数谱 (为实数) 8.2.2 实际离子晶体 由Lorentz色散理论，Huang方程可写为 设 并利用关系式 Polariton 的色散关系 实际晶体的Polariton色散曲线 共振效应 ?=?TO，?i 极大 类等离子态效应 ?(?)=0 ??Ne*2/M?0??LO 波矢虚部qi 波矢实部qr 闪锌矿结构离子晶体极化激元的色散曲线 w+ w- q+=qr++iqi+ q-=qr-+iqi- 实际离子晶体折射率谱的红外色散 解析表达 共振效应 实际离子晶体红外反射谱 R(0), R(?), RMax (?), Rmin(?)对应的频率 ?M ?m 剩余辐射带宽 NaCl晶体的反射光谱 室温下NaCl的?T和?L分别为61和38mm 8.3 TO声子的红外(Infra Red, IR)吸收 定性分析（Qualitative analysis)：模式识别 一级过程与多级过程，单声子过程与多声子过程 波矢与频率选择定则(Selection Rules): ?k=?q,k=q?0 只有布区中心振动模—Fundamental Vibration modes 参与单声子IR吸收，无序和纳米体系，发生relaxation 偶极选择定则，只有极性晶体才有单声子的IR吸收 NaCl, TO声子(164 cm-1, 61 ?m) IR激活； Si, TO声子(520cm-1, 19.2 ?m) IR不激活, Raman 激活 光学模,且只有TO振动模才有单声子的IR吸收 IR吸收主峰为单TO声子；次峰为多级声子或LO声子 振动模的对称性分类及红外与喇曼活性（10章） 极性晶体LiF（超薄膜）的吸收光谱 TO声子 LO声子 光与TO声子以及LO声子相互作用示意图 非晶硅氢合金(a-Si:H)的IR光谱，4个基模全激活 定量与半定量分析 TO声子频率 应用：由力常数g计算?TO，或由?TO求g. （如表8.1） Lorentz-Lorenz公式 Szigeti 公式 注意: M -约化质量，g-力常数,?- 极化率，V -体积 吸收谱线宽度（Full Width of Half Maxmimun-FWHM ） 可由吸收谱线的宽度来衡量阻尼作用的大小！ 气体或液体，浓度为C (mole/cm3) 结论：单键的吸收强度接近，固体中亦然 IR吸收强度—定量与半定量分析 SiH4 3.7 3.5 振子强度?/? 22 14 吸收强度?(cm2/m mole) 6 4 Si-H键数? (SiH3)2 气体 固体IR吸收强度——确定单位体积中振子数N 由求和法则 系数A的标定方法（如a-Si:H或a-Ge:H)：核反应法 1H + 15N(6.4 MeV) 12C + 4He +?(4.43 MeV) 由测量特征?-ray 强度，确定H绝对含量 其中 ——吸收带中心位置频率 * *