Пространственная симметрия и оптические свойства твердых тел. Том 2 - Бирман Дж.
Скачать (прямая ссылка):
1. Введение 312
2. Тензор комбинационного рассеяния 312
3. Тензор бриллюэновского рассеяния 315
4. Морфические эффекты 319
5. Тензоры рассеяния для группы C6v 325
6. Эффективные гамильтонианы 325
Дополнение 2. Резонансное вторичное свечение примесных центров 327
кристаллов (К.К. Ребане, В.В. Хижняков)
1. Введение 327
2. Исходные формулы теории 328
3. Выделение люминесценции 330
4. Критерии классификации компонентов РВС 333
5. Горячая люминесценция 334
6. Релеевское рассеяние. Оптическая теорема 336
7. РВС в конкретных моделях 338
8. Заключительные замечания 348
Литература к дополнению 2 349
ГЛАВА I
Взаимодействие излучения с веществом. Инфракрасное поглощение и комбинационное рассеяние света фононами
§ 1. Введение
В этой главе мы рассмотрим теоретические методы вычисления коэффициента инфракрасного поглощения и интенсивности комбинационного рассеяния света в кристалле. Очевидно, наша задача максимального использования свойств симметрии, т. е. выводов теории групп, для объяснения и предсказания оптических свойств кристаллов может быть решена только при наличии полной квантовомеханической теории этих свойств.
Мы изложим теорию взаимодействия электромагнитного поля с ионами и электронами, образующими кристалл, рассматривая гамильтониан общего вида для системы «вещество плюс излучение». В § 2 строится теория инфракрасного поглощения фононами. Для этой цели достаточно ограничиться полукласси-ческим уровнем рассмотрения вместо анализа гамильтониана наиболее общего вида. При этом коэффициент инфракрасного поглощения выражается через квадрат модуля матричного элемента оператора электрического дипольного момента, соответствующего переходу между двумя различными колебательными состояниями кристалла.
В § 3 излагается обобщенный вариант теории Плачека комбинационного рассеяния света фононами. В этой теории используется полное квантовое описание системы «излучение плюс вещество». В результате получается, что интенсивность комбинационного рассеяния света фононами пропорциональна квадрату модуля матричного элемента оператора поляризуемости, соответствующего переходу между двумя колебательными состояниями кристалла. Используя полученные таким образом результаты и применяя методы теории групп, можно вывести ограничения, накладываемые симметрией на процессы инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния света. Общие принципы такого анализа рассмотрены в § 2 и 3, в которых изучаются трансформационные свойства операторов дипольного момента и поляризуемости. Полученные в § 2 и 3 результаты основаны на использовании для подсистемы, соответствующей веществу, адиабатического приближения Борна — Оппенгеймера.
6
Глава 1
В § 4 и 5 проводится более детальное исследование ограничений, налагаемых симметрией на процессы инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния света в кристаллах. Результаты этих двух параграфов широко используются для интерпретации оптических спектров кристаллов. Особого упоминания заслуживает правило «альтернативного запрета» для процессов инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния, полученное в § 4, которое является обобщением аналогичного правила для молекулярных колебательных спектров. Вследствие решающей роли кристаллической симметрии в определении поляризации обсуждение поляризационных эффектов в колебательных спектрах кристаллов также является весьма важным. Именно в этом вопросе проявляется отличие кристаллических эффектов от эффектов в молекулах или изотропных (порошкообразных) системах. Полное использование поляризационных эффектов позволяет получить максимальную информацию о симметрии фононов и о взаимодействиях, которые проявляются в рассеянии. Лишь в немногих исследованиях спектров комбинационного рассеяния проводились полные поляризационные измерения, и это является важным направлением будущих исследований.
Наконец, в § 6 дается обзор некоторых недавно выполненных работ по квантовой теории процессов инфракрасного поглощения и комбинационного рассеяния света. По необходимости изложение в этой части отличается сжатостью, и его целью является установление связи настоящей книги с другими работами, а также введение в современную научную литературу. В § 6 обсуждаются вопросы многочастичной теории процессов поглощения и рассеяния, а также современный микроскопический подход, в особенности в задаче о комбинационном рассеянии света фононами. По-видимому, особый интерес представляет вопрос о резонансном рассеянии и нарушении симметрии, обсуждаемый в последнем пункте § 6.
§ 2. Инфракрасное поглощение фононами
Для рассмотрения процессов инфракрасного поглощения в кристаллах достаточно использовать полуклассическую теорию излучения. В стандартных учебниках излагается теория взаимодействия электромагнитного поля с отдельными заряженными частицами, такими, как электроны или ионы с заданными зарядом и массой (см., например, гл. X в работе [1]). Но нас интересует случай взаимодействия электромагнитного поля с системой электронов и ионов, поэтому представляется полезным привести краткое изложение соответствующей теории. Нам нужно записать полный гамильтониан системы электронов
