2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的声子和等离子体的光学性质

半导体的声子和等离子体的光学性质 半导体的声子和等离子体的光学性质 3D声子极化激元 本章将利用非耦合振子模型解释声子和等离子体的光学性质 ●光学声子的本征频率与波矢依赖光学相当弱. 在整个布里渊区域( 第一布里渊边界约为 ), 光学声子的本征能量的变化 运动方程为 在x方向周期电场中，自由载流子满足的 解方程可得电导率为 考虑麦克斯韦方程, 在 区域,介电函数实部小于0, 相应折射 率为纯虚数,反射率接近1. 自由电子气 晶格离子 ●k=0附近，光学声子和等离子激元空间色散都很弱. 其中 等离子共振 两者之和 晶格离子 A.三维材料中 的空间色散可以忽略， 但是低维系统中不可以忽略。 B.如果所有晶格离子频率都比 高（或 低）得多, 它们对等离子共振的影响都可 描述. 说明： 以用 2.对激发 CB 空穴 费米海 简并电子气 带内激发 （阴影部分),激发能量较小. 中电子填充到 ●电子从低于 跃迁到高于 激发能量从0至CB宽度，即几个eV； 波矢:0～2 ●对激发区域与等离子体区域相交于 在 区域, 等离子激元能量大于e-h 对激发能量,集体激发不能被个别e-h对 激发产生,也不能衰变为个别e-h对激发. 在 区域, 等离子振荡衰变,只存在 对激发. 3. 等离子激元-纵光学声子耦合模 ●半导体中 ●半金属以及某些窄带半导体中,如 等离子激元 纵极化电场 纵光学声子模 （可根据非交叉原理分析）. 产生等离子激元-纵光学声子耦合模上支 和下支 ●对于下支 在载流子密度较小时, 的理解： 当载流子密 度很大时,由于自由载 流子气屏蔽了离子间 的库仑作用,导致 因此 趋近于 $$