Введение в спектроскопию диэлектриков. Часть I. Васильев А.Н - 37 стр.

UptoLike

ðîñòîì
()
ew
2
Re
pl
. Òåì ñàìûì
ïëàçìîíû ñòàíîâÿòñÿ êîðîòêî
-
æèâóùèìè. Â áîëüøèíñòâå
äèýëåêòðèêîâ ìàêñèìóì íà
÷àñòîòå
w
pl
èìååò ïîëóøèðèíó
ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ýëåêòðîí
-
-âîëüò (ñì., íàïðèìåð, ðèñ.
4–6), ò.å. âðåìÿ æèçíè ïëàç
-
ìîíà ïîðÿäêà
10
15-
ñåê. Òîëü
-
êî â ìåòàëëàõ ïëàçìîí ÿâëÿåò
-
ñÿ îòíîñèòåëüíî äîëãîæèâó
-
ùèì âîçáóæäåíèåì, è èìåííî
òàì îí íàèáîëåå äîñòîâåðíî
îïðåäåëÿåòñÿ ÷åðåç õàðàêòå
-
ðèñòè÷åñêèå ïîòåðè ýëåêòðî
-
íîâ.
Íà ïðèìåðå ïëàçìîíà ìîæíî íàèáîëåå ïðîñòî îöåíèòü
âëèÿíèå ïîâåðõíîñòè íà âîçáóæäåíèÿ â òâåðäîì òåëå, ïîñ-
êîëüêó åå âëèÿíèå íà äðóãèå ýëåêòðîííûå âîçáóæäåíèÿ (îáðà-
çîâàíèå òàììîâñêèõ ñîñòîÿíèé) îöåíèòü ìîæíî ëèøü íà óðîâ-
íå ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèè. Äëÿ ïëàçìåííûõ âîëí â äèýëåê-
òðèêå, îãðàíè÷åííîì ïëîñêîñòüþ è çàíèìàþùåì ïîëóïðîñò-
ðàíñòâî, óðàâíåíèå äëÿ ÷àñòîòû ïðîäîëüíûõ âîëí èìååò âèä
()
~
ew
ps
+=10
. (2.4)
B ðàìêàõ ïðèáëèæåíèé, äëÿ êîòîðûõ ïîëó÷åíî âûðàæåíèå
(2.3), èìååì (ñì., íàïð. [41])
w
p
ps
=
2
2
Ne
m
,
ò. å.
ww
ps
pl
2=
.  ñëó÷àå æå, êîãäà àñèìïòîòèêà (2.2) âáëè
-
çè
w
ps
íå ðàáîòàåò, íåîáõîäèìî ïîëüçîâàòüñÿ òî÷íûì óðàâíå
-
íèåì (2.4), à îòíîøåíèå ÷àñòîò ïîâåðõíîñòíûõ è îáúåìíûõ
ïëàçìîíîâ îòëè÷àåòñÿ îò
12
.
Ôóíêöèÿ
()
ew
ìîæåò îáðàùàòüñÿ â íîëü íå òîëüêî â îáëàñ
-
òè ýíåðãèé ýëåêòðîííûõ ïåðåõîäîâ, íî è â îáëàñòè ôîíîííûõ
êîëåáàíèé ðåøåòêè. Â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè â ôîíîííîé îá
-
ëàñòè äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü èîííûõ êðèñòàëëîâ
èìååò âèä (ñì., íàïðèìåð, [1], à òàêæå ÷àñòü 3 äàííîãî
ïîñîáèÿ):
36
1,0
0,6
0,2
01020
-
Im
n
1
_
h
,
eV
e
Ðèñ. 6. Ñïåêòð õàðàêòåðèñòè÷åñ
-
êèõ ïîòåðü äëÿ Ge [40]
              (        )
ðîñòîì e2 Re wpl . Òåì ñàìûì -Im _
                                   e
                                          1

ïëàçìîíû ñòàíîâÿòñÿ êîðîòêî-      1,0
æèâóùèìè. Â áîëüøèíñòâå
äèýëåêòðèêîâ ìàêñèìóì íà
÷àñòîòå wpl èìååò ïîëóøèðèíó
ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ýëåêòðîí-      0,6
-âîëüò (ñì., íàïðèìåð, ðèñ.
4–6), ò.å. âðåìÿ æèçíè ïëàç-
ìîíà ïîðÿäêà 10 -15 ñåê. Òîëü-
êî â ìåòàëëàõ ïëàçìîí ÿâëÿåò-     0,2
ñÿ îòíîñèòåëüíî äîëãîæèâó-
ùèì âîçáóæäåíèåì, è èìåííî          0      10   20 h n , eV
òàì îí íàèáîëåå äîñòîâåðíî Ðèñ. 6. Ñïåêòð õàðàêòåðèñòè÷åñ-
îïðåäåëÿåòñÿ ÷åðåç õàðàêòå- êèõ ïîòåðü äëÿ Ge [40]
ðèñòè÷åñêèå ïîòåðè ýëåêòðî-
íîâ.
     Íà ïðèìåðå ïëàçìîíà ìîæíî íàèáîëåå ïðîñòî îöåíèòü
âëèÿíèå ïîâåðõíîñòè íà âîçáóæäåíèÿ â òâåðäîì òåëå, ïîñ-
êîëüêó åå âëèÿíèå íà äðóãèå ýëåêòðîííûå âîçáóæäåíèÿ (îáðà-
çîâàíèå òàììîâñêèõ ñîñòîÿíèé) îöåíèòü ìîæíî ëèøü íà óðîâ-
íå ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèè. Äëÿ ïëàçìåííûõ âîëí â äèýëåê-
òðèêå, îãðàíè÷åííîì ïëîñêîñòüþ è çàíèìàþùåì ïîëóïðîñò-
ðàíñòâî, óðàâíåíèå äëÿ ÷àñòîòû ïðîäîëüíûõ âîëí èìååò âèä
     ~e( w ) + 1 = 0 .                               (2.4)
         ps
B ðàìêàõ ïðèáëèæåíèé, äëÿ êîòîðûõ ïîëó÷åíî âûðàæåíèå
(2.3), èìååì (ñì., íàïð. [41])

                  2pNe 2
    wps =                ,
                    m
ò. å. wps = wpl       2.  ñëó÷àå æå, êîãäà àñèìïòîòèêà (2.2) âáëè-
çè wps íå ðàáîòàåò, íåîáõîäèìî ïîëüçîâàòüñÿ òî÷íûì óðàâíå-
íèåì (2.4), à îòíîøåíèå ÷àñòîò ïîâåðõíîñòíûõ è îáúåìíûõ
ïëàçìîíîâ îòëè÷àåòñÿ îò 1 2.
    Ôóíêöèÿ e(w) ìîæåò îáðàùàòüñÿ â íîëü íå òîëüêî â îáëàñ-
òè ýíåðãèé ýëåêòðîííûõ ïåðåõîäîâ, íî è â îáëàñòè ôîíîííûõ
êîëåáàíèé ðåøåòêè. Â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè â ôîíîííîé îá-
ëàñòè äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü èîííûõ êðèñòàëëîâ
èìååò âèä (ñì., íàïðèìåð, [1], à òàêæå ÷àñòü 3 äàííîãî
ïîñîáèÿ):
                                   36