Condutividade óptica - Optical conductivity

A condutividade óptica é a propriedade de um material que fornece a relação entre a densidade de corrente induzida no material e a magnitude do campo elétrico indutor para frequências arbitrárias . Essa função de resposta linear é uma generalização da condutividade elétrica , que geralmente é considerada no limite estático, ou seja, para campos elétricos independentes do tempo ou de variação lenta.

Enquanto a condutividade elétrica estática é cada vez menor em isoladores (como diamante ou porcelana ), a condutividade óptica sempre permanece finita em alguns intervalos de frequência (acima do gap óptico no caso de isoladores). O peso óptico total pode ser inferido das regras de soma . A condutividade óptica está intimamente relacionada com a função dielétrica , a generalização da constante dielétrica para frequências arbitrárias.

Limite de alta frequência

Nos casos mais simples, essa propriedade pode ser considerada como uma função escalar de valor complexo de frequência apenas. Esta formulação se aplica no limite de comprimentos de onda longos, estrutura de granulação grossa e simetria de material cúbico. Nesta aproximação, a densidade de corrente elétrica (um vetor tridimensional), a condutividade óptica escalar e o vetor de campo elétrico estão ligados pela equação: ${\ displaystyle \ mathbf {J}}$${\ displaystyle \ sigma}$${\ displaystyle \ mathbf {E}}$

${\ displaystyle \ mathbf {J} (\ omega) = \ sigma (\ omega) \ mathbf {E} (\ omega)}$

Para efeito de comparação, a função dielétrica relaciona o deslocamento elétrico ao campo elétrico: ${\ displaystyle \ varepsilon}$

${\ displaystyle \ mathbf {D} (\ omega) = \ varepsilon (\ omega) \ mathbf {E} (\ omega)}$

Em unidades SI , isso implica a seguinte conexão entre as duas funções de resposta linear:

${\ displaystyle \ varepsilon (\ omega) = \ varepsilon _ {0} + {\ frac {i \ sigma (\ omega)} {\ omega}}}$ ,

onde é a permissividade do vácuo e denota a unidade imaginária . ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}$${\ displaystyle i}$

Medição

A condutividade óptica é mais frequentemente medida em faixas de frequência óptica por meio da refletividade de amostras polidas sob incidência normal (em combinação com uma análise de Kramers-Kronig ) ou usando ângulos de incidência variáveis. Para amostras que podem ser preparadas em fatias finas, é possível obter maior precisão usando experimentos de transmissão óptica. Para determinar completamente as propriedades eletrônicas do material de interesse, tais medições são combinadas com outras técnicas que funcionam em diferentes faixas de frequência, por exemplo, no limite estático ou em frequências de micro - ondas .

Referências

links externos

• Notas da aula Propriedades Ópticas de Sólidos por EY Tsymbal

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