Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 178 стр.

UptoLike

n
s
i
k
n
s
i
k
÷èñëà çàïîëíåíèÿ äëÿ ìîäû
ks
èç íàáîðîâ
{}n
f
è
{}n
i
î
-
îòâåòñòâåííî. Ýíåðãèÿ ÷èñòî ýëåêòðîííîãî ïåðåõîäà
E
fi
0
ðàâíà
EE
f
i
00
-
. Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ÿâíûé âèä ôóíêöèé îñöèë
-
ëÿòîðà
c
n
Q()
(ñì., íàïðèìåð, [49]), ëåãêî ïîêàçàòü, ÷òî èíòåã
-
ðàë ïî
Q
sk
â (13.6) çàâèñèò îò òîëüêî îò íîìåðîâ
n
s
f
k
è
n
s
i
k
èîò
áåçðàçìåðíîãî ôàêòîðà Õóàíãà—Ðèñà
S
sk
(12.9).
Åñëè ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ëîêàëüíûõ ôîíîííûõ ìîä íåò, òî
âçàèìîäåéñòâèå ñ êàæäîé îòäåëüíîé ìîäîé ìàëî (ïîðÿäêà
N
-1
, ãäå
N
÷èñëî àòîìîâ â îñíîâíîé îáëàñòè êðèñòàëëà), è
ôàêòîðû Õóàíãà—Ðèñà òàêæå ìàëû (
SN
sk
~
-1
). Â ýòîì ñëó
-
÷àå, âîñïîëüçîâàâøèñü ðåêóððåíòíûìè ñîîòíîøåíèÿìè äëÿ
ôóíêöèé îñöèëëÿòîðà, ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî îñíîâíîé âêëàä â
èíòåãðàëû ïåðåêðûòèÿ ôîíîííûõ ôóíêöèé âíîñÿò èíòåãðàëû
ñ ìàëûì èçìåíåíèåì êâàíòîâûõ ÷èñåë îñöèëëÿòîðîâ. Èñïîëü-
çóÿ ðåêóððåíòíûå ñîîòíîøåíèÿ äëÿ ôóíêöèé îñöèëëÿòîðà, ñ
òî÷íîñòüþ äî ëèíåéíûõ ïî
S
÷ëåíîâ ìîæíî ïîëó÷èòü
dQ QQ QQ n S
dQ Q Q Q
n
f
n
i
n
f
n
cc
cc
*
±
*
--=-+
--
ò
()()(),
()(
2
1
12 1
QnS
i
)( ).
ò
=+±
2
2112
Îñòàëüíûå èíòåãðàëû èçìåíåíèåì
n
áîëåå ÷åì íà åäèíèöó)
èìåþò áîëåå âûñîêèé ïîðÿäîê ìàëîñòè ïî
S
.  òàêîì ñëó÷àå
ñóììà ïî
{}n
f
ñâîäèòñÿ ê òðåì ÷ëåíàì äëÿ êàæäîé ìîäû:
gt e n S t
iS
iE t
s
i
s
s
s
s
fi
() [ ( ) ( cos ( ) )=-+-+
+
Õ
0
12 1 1
h
k
k
k
k
kW
sin ( ) .W
s
T
tk
(13.7)
Ïîñêîëüêó êàæäîå
n
s
i
k
âõîäèò ëèíåéíûì îáðàçîì, óñðåäíåíèå
ïî íà÷àëüíîìó ñîñòîÿíèþ âûïîëíÿåòñÿ òðèâèàëüíî è ñâîäèò
-
ñÿ ê çàìåíå
n
s
i
k
íà ðàâíîâåñíûå çíà÷åíèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ñî
-
îòâåòñòâóþùåé ìîäû
[]
ne
s
kT
s
B
k
k
=-
-
hW ()
1
1
. Îáðàòèì âíè
-
ìàíèå, ÷òî
21 2nkT
s
B
k
k+=cth( )
s
hW ()
. Ïîñêîëüêó îòëè÷èå
êàæäîãî èç ñîìíîæèòåëåé îò åäèíèöû ìàëî, ìîæíî
177
n iks — ÷èñëà çàïîëíåíèÿ äëÿ ìîäû ks èç íàáîðîâ {n f } è {ni }, ñî-
îòâåòñòâåííî. Ýíåðãèÿ ÷èñòî ýëåêòðîííîãî ïåðåõîäà E fi0 ðàâíà
E f0 - Ei0 . Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ÿâíûé âèä ôóíêöèé îñöèë-
ëÿòîðà c n (Q) (ñì., íàïðèìåð, [49]), ëåãêî ïîêàçàòü, ÷òî èíòåã-
ðàë ïî Qks â (13.6) çàâèñèò îò òîëüêî îò íîìåðîâ n kf s è n iks è îò
áåçðàçìåðíîãî ôàêòîðà Õóàíãà—Ðèñà S ks (12.9).
     Åñëè ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ëîêàëüíûõ ôîíîííûõ ìîä íåò, òî
âçàèìîäåéñòâèå ñ êàæäîé îòäåëüíîé ìîäîé ìàëî (ïîðÿäêà
N -1 , ãäå N — ÷èñëî àòîìîâ â îñíîâíîé îáëàñòè êðèñòàëëà), è
ôàêòîðû Õóàíãà—Ðèñà òàêæå ìàëû (S ks ~ N -1 ). Â ýòîì ñëó-
÷àå, âîñïîëüçîâàâøèñü ðåêóððåíòíûìè ñîîòíîøåíèÿìè äëÿ
ôóíêöèé îñöèëëÿòîðà, ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî îñíîâíîé âêëàä â
èíòåãðàëû ïåðåêðûòèÿ ôîíîííûõ ôóíêöèé âíîñÿò èíòåãðàëû
ñ ìàëûì èçìåíåíèåì êâàíòîâûõ ÷èñåë îñöèëëÿòîðîâ. Èñïîëü-
çóÿ ðåêóððåíòíûå ñîîòíîøåíèÿ äëÿ ôóíêöèé îñöèëëÿòîðà, ñ
òî÷íîñòüþ äî ëèíåéíûõ ïî S ÷ëåíîâ ìîæíî ïîëó÷èòü
                                                   2
                 *
     ò dQ c n (Q - Q
                            f
                                ) c n (Q - Q i ) = 1 - (2n + 1)S ,
                                                       2
                 *
     ò dQ c n ±1 (Q - Q
                                f
                                    ) c n (Q - Q i ) = (2n + 1 ± 1) S 2 .

Îñòàëüíûå èíòåãðàëû (ñ èçìåíåíèåì n áîëåå ÷åì íà åäèíèöó)
èìåþò áîëåå âûñîêèé ïîðÿäîê ìàëîñòè ïî S.  òàêîì ñëó÷àå
ñóììà ïî {n f } ñâîäèòñÿ ê òðåì ÷ëåíàì äëÿ êàæäîé ìîäû:
              0
           iE fi t h
g(t) = e               Õ [1 - (2n iks     + 1) S ks (1 - cos W s (k) t) +
                                                                                    (13.7)
                       ks

    + iS ks sin W s (k) t            .
                                 T

Ïîñêîëüêó êàæäîå n iks âõîäèò ëèíåéíûì îáðàçîì, óñðåäíåíèå
ïî íà÷àëüíîìó ñîñòîÿíèþ âûïîëíÿåòñÿ òðèâèàëüíî è ñâîäèò-
ñÿ ê çàìåíå n iks íà ðàâíîâåñíûå çíà÷åíèÿ ÷èñåë çàïîëíåíèÿ ñî-

                                         [                         ]
                                                                       -1
îòâåòñòâóþùåé ìîäû n ks = e hW s (k)                       kB T
                                                                  -1        . Îáðàòèì âíè-
ìàíèå, ÷òî 2n ks + 1 = cth(hW s (k) 2k B T). Ïîñêîëüêó îòëè÷èå
êàæäîãî èç ñîìíîæèòåëåé îò åäèíèöû ìàëî, ìîæíî             n iks
                                             177