离子晶体的长波.ppt

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1、离子晶体的长光学波一、离子晶体简述（introductionofioniccrystal）二、长光学波的宏观运动方程(macroscopicequationoflongopticwave)三、长光学波的横波频率ωTO与纵波频率ωLO（transverseandlongitudinalfrequencyoflongopticwave）四、离子晶体的光学性质（opticpropertiesofioniccrystal）五、极化激元的概念(conceptofpolarizedexcimer)一、离子晶体简述（introductionofioniccrystal）定义:离子间通过离子键结合

2、而成的晶体；（1）结构微粒：阴、阳离子；（2）相互作用：离子键;由正、负离子或正、负离子集团按一定比例组成的晶体称作离子晶体。离子晶体中正、负离子或离子集团在空间排列上具有交替相间的结构特征，离子间的相互作用以库仑静电作用为主导。由正、负离子或正、负离子集团按一定比例组成的晶体称作离子晶体。离子晶体中正、负离子或离子集团在空间排列上具有交替相间的结构特征，离子间的相互作用以库仑静电作用为主导。离子晶体整体上的电中性，决定了晶体中各类正离子带电量总和与负离子带电量总和的绝对值相当，并导致晶体中正、负离子的组成比和电价比等结构因素间有重要的制约关系。离子晶体有二元离子晶体、多元离子晶体与

3、有机离子晶体等类别。几乎所有的盐类和很多金属氧化物晶体都属离子晶体，例如食盐、氟化钙、二氧化钡等。性质:离子晶体在做长光学波振动时，由于原胞内正负离子作相对运动，因而产生宏观极化（出现宏观电偶极矩），从而可以和电磁波发生强烈相互作用。所以长光学波与离子晶体的电学、光学性质密切相关。对于长声学波：可以看作连续介质弹性波，它满足在弹性理论基础上建立的宏观运动方程，因此由宏观弹性介质理论即可得到长声学格波解。对于长光学波：也可以在宏观理论的基础上进行近似处理，这就是我国著名的物理学家黄昆于1951年提出的方法。本节的基本思路是：先建立长光学波的宏观运动方程，确定其系数；给出长光学波的纵波频

4、率和横波频率之间的关系；最后介绍离子晶体的光学性质以及极化激元的概念。离子晶体的光学波描述原胞中正负离子的相对运动。在波长较长时，半个波长的范围内包含很多原胞。在两个波节之间，同种离子的位移方向相同异种离子位移方向相反，而波节两边，同种离子位移方向相反。这样波节面将晶体分成许多个薄层，在每个薄层里正负离于位移相反，每个薄层里产生退极化场，整个晶体被分层极化，所以离子晶体的光学波又称为极化波。二、长光学波的宏观运动方程(macroscopicequationoflongopticwave)1、长光学晶格振动产生的内场长光学波相邻的不同离子振动方向相反，设正、负离子之间的相对位移为，产生

5、的极化强度矢量为其中是离子的有效电荷，是原胞体积。因为极化强度与相对位移有关，所以它将以格波的频率和波矢为周期变化，产生极化波极化产生的宏观内场可以由电动力学得出：其中和是真空中的光速和介电常数。对于纵模，极化强度矢量与波矢的方向平行，内场的方向与波矢的方向平行，即纵模产生的内场是纵向的，是没有磁场伴随的无旋场，与静电场类似。对于横模，极化强度矢量与波矢的方向垂直，内场的方向与波矢的方向垂直，即横模产生的内场是横波，是一种有电磁场相伴的有旋场。由于有这种电磁场的存在，晶格振动的横模和外电磁场之间会发生强耦合，影响电磁波在晶体中传播的性质。当电磁波的频率和波矢与横光学波振动频率和波矢相

6、等，即时，发生共振，耦合最为强烈。2、方程的建立长光学波与长声学波不同，相邻的不同离子振动方向相反，即正、负离子之间做相对运动；在q→0时，则是正、负离子组成的两个格子之间的相对振动，振动中保持它们的质心不变。限定晶体为双离子晶体，并且晶体是各向同性的。用一个反映正负离子相对位移的矢量（称为折合位移）来描述长光学波振动（1）其中是约化质量（折合质量）；Ω为原胞体积；为正负离子的位移。选择作为宏观量后，黄昆建立了一对方程，称为黄昆方程：（2）（3）这里是宏观极化强度，是宏观电场强度。其中，方程（2）是决定离子相对振动的动力学方程，称为振动方程(vibrationequation)；方程

7、（3）表示除去正负离子相对位移产生极化，还要考虑宏观电场存在时的附加极化，称为极化方程(polarizationequation)。这两个方程中系数并不都是无关的，可以证明b12＝b21＊。下面结合具体的微观模型，给出各个系数的表示式。3、系数的确定(1)静电场情况下，晶体的介电极化在恒定的静电场下，正负离子将发生相对位移令（2）式中的＊，就得到再代入到（3）式中，得（4）由静电学知或（5）其中ε0为真空中的介电常数，ε（0）为静电介电常数。比较（4）（5