Васильев А., Михайлин В. Введение в спектроскопию диэлектриков

Подождите немного. Документ загружается.

Îãëàâëåíèå

Ïðåäèñëîâèå 7

Ââåäåíèå 8

Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ òâåðäûìè òåëàìè

Ôåíîìåíîëîãè÷åñêîå îïèñàíèå âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì 11

Îïòè÷åñêèå ôóíêöèè òâåðäûõ òåë 11

Îòðàæåíèå ñâåòà îò òâåðäûõ òåë 21

Ñîîòíîøåíèÿ Êðàìåðñà—Êðîíèãà è ïðàâèëà ñóìì 27

Õàðàêòåðèñòè÷åñêèå ïîòåðè ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ 34

Ìèêðîñêîïè÷åñêîå îïèñàíèå âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì 38

Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü 38

Ïîëÿðèçàöèîííîå ïðèáëèæåíèå äëÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ

ïîëåé ñ òâåðäûì òåëîì 44

Ôëóêòóàöèîííî-äèññèïàöèîííàÿ òåîðåìà 51

Êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå â ïîëÿðèçàöèîííîì ïðèáëèæåíèè 54

Ñîñòîÿíèÿ â íåäåôîðìèðóåìîé ðåøåòêå 59

Ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ â íåäåôîðìèðóåìîé ðåøåòêå 59

Èåðàðõèÿ ïðèáëèæåíèé â òåîðèè òâåðäîãî òåëà 59

Îäíîýëåêòðîííîå ïðèáëèæåíèå 60

Ïðèáëèæåíèå ïî÷òè ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ 66

Ïðèáëèæåíèå ñèëüíî ñâÿçàííûõ ýëåêòðîíîâ 68

Ïëîòíîñòü çîííûõ ñîñòîÿíèé â òâåðäîì òåëå 73

Çàïîëíåíèå îäíîýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â òâåðäîì òåëå 75

Ïåðåõîäû ïîä äåéñòâèåì ñâåòà â èäåàëüíîì êðèñòàëëå 77

Ìåæçîííûå ïåðåõîäû 77

Ïðîñòðàíñòâåííàÿ äèñïåðñèÿ ìåæçîííîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè

Ýôôåêò Ôðàíöà-Êåëäûøà 85

Ïîãëîùåíèå ôîòîíîâ áîëüøîé ýíåðãèè 86

EXAFS 89

Ýêñèòîííûå ýôôåêòû â òâåðäûõ òåëàõ 93

Êóëîíîâñêîå âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîíà è äûðêè 93

Ýêñèòîí Ôðåíêåëÿ 97

Ýêñèòîí Âàíüå-Ìîòòà 101

Ýêñèòîíû â ðåàëüíûõ êðèñòàëëàõ 109

Êîíôèãóðàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå 114

Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ñèñòåìû âçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö 114

Ýôôåêò Îæå 116

Ýôôåêò Ôàíî 120

Ïîëÿðèòîíû 124

Ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ äåôåêòîâ â íåäåôîðìèðóåìîé ðåøåòêå 129

Êëàññèôèêàöèÿ äåôåêòîâ â òâåðäûõ òåëàõ 129

Äåôåêòû áîëüøîãî ðàäèóñà 130

Ãëóáîêèå äåôåêòû 132

Ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé â êðèñòàëëå ñ äåôåêòàìè 135

Ôîòîèîíèçàöèÿ äåôåêòîâ 139

Íåóïîðÿäî÷åííûå ñèñòåìû 144

Ýëåêòðîííûå ñîñòîÿíèÿ â äåôîðìèðóåìîé ðåøåòêå 149

Ôîíîíû â êðèñòàëëàõ 149

Ôîíîíû â èäåàëüíîì êðèñòàëëå 149

Ôîíîíû â êðèñòàëëàõ ñ äåôåêòàìè 155

Ïåðåõîäû ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè äåôåêòîâ ïðè ó÷åòå ôîíîíîâ 158

Ôóíêöèÿ ôîðìû ëèíèè ïîãëîùåíèÿ ïðè ó÷åòå ôîíîíîâ 158

Ñëàáàÿ ýëåêòðîí-ôîíîííàÿ ñâÿçü 162

Ñèëüíàÿ ýëåêòðîí-ôîíîííàÿ ñâÿçü 165

Áåçûçëó÷àòåëüíûå ïåðåõîäû 168

Ïîëÿðîíû 171

Ïîëÿðîíû áîëüøîãî ðàäèóñà. Äåôîðìàöèîííîå ýëåêòðîí-ôîíîííîå

âçàèìîäåéñòâèå 171

Ïîëÿðîíû áîëüøîãî ðàäèóñà. Ïîëÿðèçàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå 175

Êîíòèíóàëüíîå ïðèáëèæåíèå 177

Àâòîëîêàëèçîâàííûå äûðêè è ýêñèòîíû â ùåëî÷íî-ãàëîèäíûõ

êðèñòàëëàõ. Îáðàçîâàíèå äåôåêòîâ 183

Âçàèìîäåéñòâèå ïîëÿðîíîâ ñî ñâåòîì 186

Íåïðÿìûå ìåæçîííûå ïåðåõîäû 186

Ôóíêöèÿ ôîðìû ëèíèè äëÿ ïîãëîùåíèÿ ñâåòà ýêñèòîíîì 189

Ïðàâèëî Óðáàõà 192

Âòîðè÷íûå ïðîöåññû 193

Âòîðè÷íûå ïðîöåññû â äèýëåêòðè÷åñêèõ êðèñòàëëàõ 193

Îáùàÿ êàðòèíà 193

Îáùèå îñîáåííîñòè èññëåäîâàíèÿ âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ 198

Ôåíîìåíîëîãè÷åñêèå ôàêòîðû, âëèÿþùèå íà ôîðìèðîâàíèå êâàíòîâîãî

âûõîäà âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ 202

Ñïåêòð âîçáóæäåíèé â äèýëåêòðèêàõ 205

Ìíîãî÷àñòè÷íûå âîçáóæäåíèÿ 205

Ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ 211

Ìèãðàöèÿ çàðÿæåííûõ âîçáóæäåíèé 214

Ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ è äûðîê íà ôîíîíàõ 214

Îõëàæäåíèå ãîðÿ÷èõ âîçáóæäåíèé çà ñ÷åò èñïóñêàíèÿ îïòè÷åñêèõ

ôîíîíîâ 219

Êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå â ïðèáëèæåíèè äðåéôà ïî ýíåðãèè 221

Ïðîñòðàíñòâåííàÿ äèôôóçèÿ çîííûõ âîçáóæäåíèé 228

Ïðîñòðàíñòâåííàÿ äèôôóçèÿ ëîêàëèçîâàííûõ âîçáóæäåíèé 230

Çàõâàò ýëåêòðîíîâ 234

Çàõâàò íà çàðÿæåííûå äåôåêòû ïóòåì èñïóñêàíèÿ àêóñòè÷åñêèõ ôîíîíîâ

234

Çàõâàò ñ ó÷åòîì îïòè÷åñêèõ ôîíîíîâ 239

4 Îãëàâëåíèå

Ìèãðàöèÿ íåéòðàëüíûõ ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé 246

Ýëåìåíòàðíûé àêò äèïîëü-äèïîëüíîãî ïåðåíîñà 246

Êèíåòè÷åñêèå óðàâíåíèÿ äëÿ ñèñòåìû äîíîðîâ è àêöåïòîðîâ 254

Êèíåòèêà äèïîëü-äèïîëüíîãî ïåðåíîñà 261

Ðåàáñîðáöèÿ ëþìèíåñöåíöèè 263

Ìîäåëü îäíîðîäíîãî âîçáóæäåíèÿ êðèñòàëëà 268

Âîçáóæäåíèå äåôåêòîâ â ïðè íàëè÷èè ëîâóøåê 268

Êèíåòèêà ïåðâîãî ïîðÿäêà 271

Êèíåòèêà âòîðîãî ïîðÿäêà 273

Èíôðàêðàñíàÿ ñòèìóëÿöèÿ 275

Ìåæçîííîå âîçáóæäåíèå 276

Òåðìîñòèìóëèðîâàííàÿ ëþìèíåñöåíöèÿ 280

Ïðèïîâåðõíîñòíîå òóøåíèå ëþìèíåñöåíöèè 286

Äèôôóçèîííûé ìåõàíèçì ïîâåðõíîñòíîãî òóøåíèÿ 286

Òóøåíèå ëþìèíåñöåíöèè èç-çà äèôôóçèè ê ïîâåðõíîñòè 291

Òóøåíèå ëþìèíåñöåíöèè èç-çà ðàäèàöèîííîãî ïåðåíîñà íà ïîâåðõíîñòü

292

Íåîäíîðîäíîå ðàñïðåäåëåíèå ïðèìåñåé 294

Ðàçäåëüíàÿ äèôôóçèÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê 295

Çàâèñèìîñòü êâàíòîâîãî âûõîäà îò êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ â

íåëèíåéíîì ñëó÷àå áåç äèôôóçèè 297

Ðåêîìáèíàöèÿ ñêîððåëèðîâàííûõ âîçáóæäåíèé 299

Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçäåëåíèå ãîðÿ÷èõ ýëåêòðîíîâ è äûðîê 299

Êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå íà ñòàäèè ðåêîìáèíàöèè 301

Ýêñèòîííûé è ðåêîìáèíàöèîííûé êàíàëû ëþìèíåñöåíöèè 304

Ðåêîìáèíàöèÿ ñêîððåëèðîâàííûõ ÷àñòèö â ïðèñóòñòâèè ëîâóøåê 307

Ðàçìíîæåíèå ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé 309

Ñëó÷àé ïàðàáîëè÷åñêîãî çàêîíà äèñïåðñèè ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê

309

Îáùàÿ êàðòèíà ðàçìíîæåíèÿ ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé 312

Êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå äëÿ ñëó÷àÿ ñèëüíî íåóïðóãîãî ðàññåÿíèÿ

âîçáóæäåíèé 316

Ðàçìíîæåíèå ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé â êðèñòàëëàõ ñ óçêîé âàëåíòíîé

çîíîé 322

Ðàçìíîæåíèå ýëåêòðîííûõ âîçáóæäåíèé ñ ó÷åòîì äèñïåðñèè ýíåðãèè

äûðêè 331

Óäàðíàÿ èîíèçàöèÿ è âîçáóæäåíèå äåôåêòîâ 332

Êðîññëþìèíåñöåíöèÿ 335

Îáùèå ñâîéñòâà îñòîâíî-âàëåíòíûõ ïåðåõîäîâ 335

Êèíåòè÷åñêîå óðàâíåíèå äëÿ îñòîâíûõ äûðîê 338

Àïïðîêñèìàöèÿ êèíåòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ âáëèçè ïîðîãà Îæå-ïðîöåññîâ

343

Òåìïåðåàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü êðîññëþìèíåñöåíöèè 344

Òåìïåðàòóðíîå óñêîðåíèå êðîññëþìèíåñöåíöèè 346

Ðîëü ïðèìåñåé â ýôôåêòå êðîññëþìèíåñöåíöèè 348

Íåðàâíîâåñíîå ïîãëîùåíèå è ãîðÿ÷àÿ ëþìèíåñöåíöèÿ 353

Ôîòîýìèññèÿ ýëåêòðîíîâ èç òâåðäûõ òåë 358

Òðåõñòóïåí÷àòàÿ ìîäåëü ôîòîýìèññèè 358

Ñðåäíÿÿ äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà âûñîêîýíåðãåòè÷íûõ ýëåêòðîíîâ 363

. 5

Âîçáóæäåíèå âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ èîíèçèðóþùèì èçëó÷åíèåì 369

Âçàèìîäåéñòâèå òâåðäûõ òåë ñ èîíèçèðóþùèì èçëó÷åíèåì 369

Ðàçìåðû âîçáóæäåííîé îáëàñòè 371

Ñèñòåìà óðàâíåíèé äëÿ âîçáóæäåííîé îáëàñòè 375

Êèíåòèêà ðåêîìáèíàöèè ïåðâîíà÷àëüíî ñêîððåëèðîâàííûõ âîçáóæäåíèé

377

Ðàññåÿíèå ñâåòà òâåðäûìè òåëàìè 386

Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â âàêóóìíîé óëüòðàôèîëåòîâîé

îáëàñòè ñïåêòðà 390

Òåõíèêà èçìåðåíèÿ ñ ëàáîðàòîðíûìè èñòî÷íèêàìè èçëó÷åíèÿ 390

Îáùèå îñîáåííîñòè èññëåäîâàíèÿ âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ 390

Ëàáîðàòîðíûå óñòàíîâêè 394

Ñèíõðîòðîíû è íàêîïèòåëè êàê èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ 397

Ñâîéñòâà ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ, âàæíûå äëÿ ïðèìåíåíèé 397

Ïðåèìóùåñòâà ïðèìåíåíèÿ èñòî÷íèêîâ ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ

ñïåêòðîñêîïèè 401

Ñïåêòðîñêîïèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ 403

Êàíàëû ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ 403

6 Ãëàâà 1. Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ òâåðäûì òåëîì

Ïðåäèñëîâèå

Â êíèãå îòðàæåíû êàê òåîðåòè÷åñêèå, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíûå

àñïåêòû ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà. Ðàáîòà íàïèñàíà íà îñíîâå

êóðñà ëåêöèé, ÷èòàåìûõ àâòîðàìè ñòóäåíòàì ñòàðøèõ êóðñîâ êàôåäð

îïòèêè è òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè Ìîñêîâñêîãî óíèâåðñèòåòà, è, õîòÿ

ïî îòäåëüíûì âîïðîñàì ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà åñòü ìíîãî õî-

ðîøèõ êíèã, ìû ñäåëàëè ïîïûòêó èçëîæèòü âîïðîñû îïòè÷åñêîé

ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà â îäíîé êíèãå íåáîëüøîãî îáúåìà. Ìû

ñòàâèëè ïåðåä ñîáîé çàäà÷ó äàòü â ðóêè ýêñïåðèìåíòàòîðàì, çàíèìà-

þùèìñÿ ñïåêòðîñêîïèåé òâåðäîãî òåëà, ïîñîáèå, êîòîðîå áû âêëþ÷à-

ëî îñíîâíîé ìèíèìóì ñîâðåìåííûõ çíàíèé, íåîáõîäèìûé äëÿ ýòèõ

çàíÿòèé, è íå òðåáîâàëî áû îò ÷èòàòåëÿ èíîé ïîäãîòîâêè, êðîìå çíà-

íèé îáùèõ êóðñîâ, ÷èòàåìûõ âñåì ñòóäåíòàì-ôèçèêàì.

Â îäíîé êíèãå òðóäíî îõâàòèòü âñå âîïðîñû ñïåêòðîñêîïèè òâåð-

äîãî òåëà, ïîýòîìó ñëåäóåò îãîâîðèòü, ÷òî áîëüøå âíèìàíèÿ ìû óäå-

ëÿåì äèýëåêòðèêàì, ÷åì ïîëóïðîâîäíèêàì è ìåòàëëàì. Ïðè îïèñà-

íèè òåõíèêè èçìåðåíèé ìû ïîäðîáíåå îïèñûâàåì ñïåêòðîñêîïèþ ñ

ïðèìåíåíèåì ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ (ýòî ñâÿçàíî ñ ïîñëåäíèìè

íàèáîëüøèìè óñïåõàìè â ýòîé îáëàñòè), ÷åì ñ ëàáîðàòîðíûìè èñòî÷-

íèêàìè.

Íåñêîëüêî áîëüøåå âíèìàíèå óäåëåíî ëþìèíåñöåíöèè è âòîðè÷-

íûì ïðîöåññàì âîîáùå, âîçíèêàþùèì â òâåðäîì òåëå ïðè ïîãëîùå-

íèè ñâåòà. Êðîìå òîãî, ñîâðåìåííûå èíòåðåñû ñïåêòðîñêîïèè ïåðåõî-

äÿò â íåñêîëüêî íåòðàäèöèîííóþ îáëàñòü âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëå-

òà, â êîòîðîé ïðîèñõîäÿò ïåðåõîäû â îáëàñòè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîã-

ëîùåíèÿ. Ïðè ýòîì ïðîÿâëÿþòñÿ âñå àñïåêòû ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû

äèýëåêòðèêîâ. Ýòîé îáëàñòè ñïåêòðà òàêæå óäåëåíî áîëüøîå âíèìà-

íèå. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû âêëþ÷àåò â ñåáÿ ëèøü îñíîâíûå êíèãè, îáçî-

ðû è ñòàòüè, êîòîðûå ìîãóò ïîìî÷ü ÷èòàòåëþ óñâîèòü ìàòåðèàë êíè-

ãè.

Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü ñîòðóäíèêàì ëàáîðàòîðèè ñèí-

õðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ ÌÃÓ çà ïîìîùü â ïîäãîòîâêå ìàòåðèàëà.

Ââåäåíèå

Ñïåêòðîñêîïèÿ òâåðäîãî òåëà — äîñòàòî÷íî ñòàðàÿ è îäíîâðå-

ìåííî ìîëîäàÿ îáëàñòü ôèçèêè. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ôåíîìåíîëîãè÷åñ-

êèå çàêîíû, èñïîëüçóåìûå â ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà, óñòàíîâëå-

íû î÷åíü äàâíî (íàïðèìåð, çàêîí çàòóõàíèÿ ñâåòà â âåùåñòâå — çàêîí

Áóãåðà—Ëàìáåðòà, ôîðìóëû Ôðåíåëÿ äëÿ îòðàæåíèÿ ñâåòà è äð.) è

ÿâëÿþòñÿ òîé îñíîâîé, áåç êîòîðîé íåìûñëèìî ñîçäàíèå íè îäíîãî

îïòè÷åñêîãî ïðèáîðà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, äî ñèõ ïîð íå ðàçðåøåíû

ìíîãèå ïðîáëåìû âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì, îñîáåííî â îá-

ëàñòè âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòà, â êîòîðîé äî íåäàâíåãî âðåìåíè íå

áûëî óäîâëåòâîðèòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ. Ïðåäëàãàåìîå èçäàíèå è ïîñ-

âÿùåíî ìíîãèì ñîâðåìåííûì ïðîáëåìàì îïòèêè òâåðäûõ òåë.

Ïðè èçó÷åíèè ñïåêòðàëüíûõ ñâîéñòâ òâåðäîãî òåëà ïðèõîäèòñÿ

ðàññìàòðèâàòü ïðàêòè÷åñêè âñå àñïåêòû ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Íàè-

áîëåå ïîëíîå ïîíèìàíèå ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ ïðè âçàèìîäåéñò-

âèè ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ ñ âåùåñòâîì, ñòàëî âîçìîæíûì

áëàãîäàðÿ ðàçâèòèþ êâàíòîâîé òåîðèè òâåðäîãî òåëà. Íåîáõîäèìî

âñïîìíèòü î òîì, ÷òî îäíî èç âàæíåéøèõ îïûòíûõ îáîñíîâàíèé êâàí-

òîâîé òåîðèè — çàêîíû ôîòîýôôåêòà — áûëî èçó÷åíî Ýéíøòåéíîì

èìåííî êàê ðåçóëüòàò âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ ïîâåðõíîñòüþ òâåðäîãî

òåëà. Ðàçâèòèþ òåîðèè òâåðäîãî òåëà è âûÿñíåíèþ ìèêðîñêîïè÷åñ-

êèõ ñâîéñòâ òâåðäûõ òåë áûëè ïîñâÿùåíû ìíîãèå ðàáîòû Ëàíäàó,

Òàììà, Ôðåíêåëÿ, Èîôôå è äðóãèõ âåäóùèõ ñîâåòñêèõ ôèçèêîâ. Èõ

îñíîâîïîëàãàþùèå èññëåäîâàíèÿ ÿâëÿþòñÿ áàçèñîì, íà êîòîðîì

ñòðîÿòñÿ ìíîãèå ïðåäñòàâëåíèÿ î òâåðäîì òåëå. È â íàñòîÿùåå âðåìÿ

øêîëà ñîâåòñêèõ ôèçèêîâ âíîñèò ñóùåñòâåííûé âêëàä â èññëåäîâà-

íèÿ êîíäåíñèðîâàííûõ ñîñòîÿíèé.

Ñ ðàçâèòèåì ïðåäñòàâëåíèé î òâåðäîì òåëå ìåíÿåòñÿ è ïðåäìåò

èññëåäîâàíèÿ ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà. Ïåðâîíà÷àëüíî èññëåäî-

âàëèñü ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë, îïèñûâàåìûå ôåíîìåíîëîãè÷åñêèìè

ïîñòîÿííûìè, ò. å. ïðåëîìëåíèå, îòðàæåíèå ñâåòà, äèñïåðñèÿ ñâåòà â

òâåðäûõ òåëàõ è äð. Òåîðèÿ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû òâåðäûõ òåë ðàç-

âèëàñü, â ÷àñòíîñòè, èç îïòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, à ñ äðóãîé ñòîðî-

íû, ïðèâåëà ê áîëåå ãëóáîêîìó èññëåäîâàíèþ îïòèêè òâåðäûõ òåë. Â

ðàìêàõ ýòîé òåîðèè îïèñàíî èçäàâíà èçâåñòíîå ÿâëåíèå ëþìèíåñöåí-

öèè. Îäíàêî òîëüêî ðàçâèòèå ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé

ëþìèíåñöåíöèè â 30-õ ãîäàõ çàñòàâèëî óãëóáëåííî èçó÷àòü ýòîò èíòå-

ðåñíûé ïðèìåð ìíîãî÷èñëåííûõ âòîðè÷íûõ ïðîöåññîâ, âîçíèêàþ-

ùèõ â òâåðäîì òåëå ïîñëå ïîãëîùåíèÿ êâàíòîâ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èç-

ëó÷åíèÿ. Âàæíóþ ðîëü â ýòîì ñûãðàëè ðàáîòû Âàâèëîâà, Ë¸âøèíà,

äðóãèõ ñîâåòñêèõ èññëåäîâàòåëåé. Ðàçâèòèå èññëåäîâàíèÿ ôèçè÷åñ-

êèõ àñïåêòîâ ëþìèíåñöåíöèè ïðèâåëî ê îáðàçîâàíèþ êðóïíûõ íàó÷-

íûõ êîëëåêòèâîâ, çàíèìàþùèõ âåäóùèå ïîçèöèè â ýòèõ âîïðîñàõ. Èç

ëþìèíåñöåíöèè âûðîñëî íàó÷íîå íàïðàâëåíèå, ïðîèçâîäÿùåå â íàñ-

òîÿùåå âðåìÿ íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé ïåðåâîðîò âî ìíîãèõ îáëàñòÿõ ÷å-

ëîâå÷åñêîãî çíàíèÿ è ïðàêòèêè, — ëàçåðíàÿ ôèçèêà. Ñåé÷àñ èññëåäî-

âàòåëåé â îáëàñòè ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà çàíèìàþò ìíîãèå

î÷åíü òîíêèå âîïðîñû, ïîçâîëÿþùèå ýôôåêòèâíî ñîçäàâàòü êà÷åñò-

âåííî íîâûå ïðèáîðû, ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿþùèå âîçìîæíîñòè ÷å-

ëîâå÷åñêîé ïðàêòèêè è íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé.

Â èññëåäîâàíèÿõ ïî ñïåêòðîñêîïèè òâåðäûõ òåë îäíî èç îñíîâ-

íûõ ìåñò çàíèìàþò èñòî÷íèêè èçëó÷åíèé. Êëàññè÷åñêèå èñòî÷íèêè

— ëàìïû íàêàëèâàíèÿ, íèçêîòåìïåðàòóðíûå ðàçðÿäíûå ëàìïû — íå

â ñîñòîÿíèè óäîâëåòâîðèòü âñåì òðåáîâàíèÿì, ïðåäúÿâëÿåìûì ê èñ-

òî÷íèêàì ñâåòà, â ÷àñòíîñòè èç-çà îãðàíè÷åííîñòè äèàïàçîíà èçëó÷àå-

ìûõ äëèí âîëí. Ê 60-ì ãîäàì ñîçäàëîñü òàêîå ïîëîæåíèå, ÷òî ñóùåñò-

âîâàëî áîëüøîå êîëè÷åñòâî òèïîâ èñòî÷íèêîâ ñâåòà â èíôðàêðàñíîé

è âèäèìîé îáëàñòÿõ, óëüòðàôèîëåòå, à òàêæå â ðåíòãåíå. Îäíàêî

áîëüøèíñòâî èñòî÷íèêîâ â äàëåêîì óëüòðàôèîëåòå è ðåíòãåíå äàâàëî

ëèøü íàáîð îòäåëüíûõ ëèíèé, ÷òî, åñòåñòâåííî, íå ìîãëî óäîâëåòâî-

ðèòü èññëåäîâàòåëåé. Â ýòîì ïëàíå áûëî îñîáî öåííûì îòêðûòèå è

èññëåäîâàíèå, à çàòåì è ïðèìåíåíèå ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ, ïîç-

âîëèâøåå çà ñ÷åò ñâîåãî íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ïåðåêðûòü îáëàñòü

ìåæäó óëüòðàôèîëåòîì è äàëåêèì ðåíòãåíîì. Â ïðåäñêàçàíèè, ðàç-

âèòèè òåîðèè è èññëåäîâàíèè ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ îñíîâíóþ

ðîëü ñûãðàëè ñîâåòñêèå ôèçèêè Èâàíåíêî, Ïîìåðàí÷óê, Ñîêîëîâ,

Òåðíîâ, Êîðîëåâ. Ñèíõðîòðîííîå èçëó÷åíèå, êàê îêàçàëîñü, èìååò è

äðóãèå èíòåðåñíûå ñâîéñòâà, äåëàþùèå åãî óíèêàëüíûì äëÿ öåëîãî

ðÿäà èññëåäîâàíèé.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñïåêòðîñêîïèÿ òâåðäîãî òåëà îõâàòûâàåò íàñ-

òîëüêî øèðîêèé êðóã âîïðîñîâ, ÷òî îñâåòèòü èõ âñå â îäíîé êíèãå

ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî. Â ñâÿçè ñ ýòèì îòáîð ìàòåðèàëà, åñòåñòâåí-

íî, äèêòîâàëñÿ âî ìíîãîì èíòåðåñàìè àâòîðîâ. Ýòî îïðàâäàíî òåì,

÷òî â íàñòîÿùåå âðåìÿ èçäàíî áîëüøîå ÷èñëî ïðåâîñõîäíûõ êíèã ïî

ôèçèêå òâåðäîãî òåëà, íåîáõîäèìî îõâàòûâàþùèõ è îòäåëüíûå âîï-

ðîñû ñïåêòðîñêîïèè òâåðäîãî òåëà [1—8]. Èìåþòñÿ è êíèãè, ïîñâÿ-

ùåííûå òîëüêî ñïåêòðîñêîïèè [9—17]. Îäíàêî â áîëüøèíñòâå ýòèõ

ìîíîãðàôèé è ó÷åáíèêîâ ðàññìàòðèâàþòñÿ âîïðîñû îïòèêè â òðàäè-

öèîííûõ îáëàñòÿõ ñïåêòðà–îò èíôðàêðàñíîãî ñâåòà äî óëüòðàôèîëå-

òà, ïîýòîìó è îáúåêòû ðàññìîòðåíèÿ – ýòî â îñíîâíîì ìåòàëëû è ïî-

ëóïðîâîäíèêè. Ñ ïðîäâèæåíèåì â îáëàñòü áîëåå âûñîêîýíåðãè÷íûõ

Ââåäåíèå 9

ôîòîíîâ, â îáëàñòü âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòà ïîÿâèëàñü íåîáõîäè-

ìîñòü ðàññìîòðåòü ñ åäèíûõ ïîçèöèé îïòèêó øèðîêîçîííûõ äèýëåêò-

ðèêîâ, èìåþùóþ ñâîè îñîáåííîñòè. Ïîýòîìó â äàííîé êíèãå îñíîâíîå

âíèìàíèå óäåëåíî èìåííî äèýëåêòðèêàì.

Êíèãà ñîñòîèò èç ïÿòè ãëàâ. Â ïåðâîé ãëàâå ðàññìîòðåíû íåêîòî-

ðûå îáùèå âîïðîñû âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì, à òàêæå îñ-

íîâíûå ñâîéñòâà èñòî÷íèêîâ ñâåòà è óñòàíîâîê äëÿ èññëåäîâàíèÿ âçà-

èìîäåéñòâèÿ èçëó÷åíèÿ ñ òâåðäûì òåëîì. Íåñêîëüêî íåîáû÷íûì ÿâ-

ëÿåòñÿ ðàçäåëåíèå ìàòåðèàëà ìåæäó âòîðîé è òðåòüåé ãëàâàìè—ñâîé-

ñòâàìè òâåðäûõ òåë â ïðèáëèæåíèè íåäåôîðìèðóåìîé ðåøåòêè è

ñïåêòðîñêîïèè ñ ó÷àñòèåì ôîíîíîâ. Òàêîå ðàçäåëåíèå ïîçâîëÿåò íàè-

áîëåå íàãëÿäíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ðîëü ðàçëè÷íûõ ïðèáëèæåíèé â

ôèçèêå òâåðäîãî òåëà è ïîä÷åðêíóòü âçàèìîñâÿçü âñåõ ÿâëåíèé â

òâåðäîì òåëå. Â ÷åòâåðòîé ãëàâå ðàññìîòðåíû âîïðîñû òåõíèêè îïòè-

÷åñêèõ èçìåðåíèé òâåðäîãî òåëà â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà, â îñíîâíîì

ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ. Íà îñíîâàíèè ðàññìîò-

ðåííûõ ñâîéñòâ îòäåëüíûõ ýëåìåíòàðíûõ âîçáóæäåíèé â ïÿòîé ãëàâå

èçó÷àþòñÿ âòîðè÷íûå ïðîöåññû—ëþìèíåñöåíöèÿ, ôîòîýìèññèÿ è

äð., â ôèçè÷åñêîì îïèñàíèè êîòîðûõ ó÷àñòâóþò ïðàêòè÷åñêè âñå ýëå-

ìåíòàðíûå âîçáóæäåíèÿ – ýëåêòðîíû, äûðêè, ýêñèòîíû, ôîíîíû,

ïëàçìîíû è ò. ä. Òåì ñàìûì çàâåðøàåòñÿ îïèñàíèå êàðòèíû ÿâëåíèé,

âîçíèêàþùèõ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ôîòîíà ñ òâåðäûì òåëîì.

10 Ãëàâà 1. Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ òâåðäûì òåëîì

Ãëàâà 1

Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ

òâåðäûìè òåëàìè

§ 1 Ôåíîìåíîëîãè÷åñêîå îïèñàíèå

âçàèìîäåéñòâèÿ ñâåòà ñ âåùåñòâîì

Ïðè èçó÷åíèè âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ ñ êîí-

äåíñèðîâàííûìè ñîñòîÿíèÿìè âåùåñòâà ðîëü ôåíîìåíîëîãè÷åñêîãî

îïèñàíèÿ òðóäíî ïåðåîöåíèòü. Ýòî ñïðàâåäëèâî íå òîëüêî äëÿ îïèñà-

íèÿ âîçäåéñòâèÿ âíåøíèõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé íà ñðåäó, íî è

äëÿ îïèñàíèÿ ñâîéñòâ ôóíäàìåíòàëüíûõ âîçáóæäåíèé êîíäåíñèðî-

âàííîé ñðåäû. Ïîýòîìó âíà÷àëå ñôîðìóëèðóåì îñíîâíûå ïîíÿòèÿ,

õàðàêòåðèçóþùèå ýëåêòðîìàãíèòíûå ïîëÿ â âàêóóìå è â ñðåäå.

1.1 Îïòè÷åñêèå ôóíêöèè òâåðäûõ òåë

Ïðîèçâîëüíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ìîæåò áûòü ïîëíîñòüþ

îïèñàíî âåêòîð-ïîòåíöèàëîì

Ar(, )t

è ñêàëÿðíûì ïîòåíöèàëîì

ϕ ()r, t

, äåéñòâóþùèìè íà òî÷êó

â ìîìåíò âðåìåíè

. Ýòè ïîòåíöèà-

ëû îïðåäåëÿþò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå

Er(, )t

è ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ

Br(, )t

ñëåäóþùèì îáðàçîì (ñì., íàïðèìåð, Ëàíäàó, Ëèôøèö, 1958a,

Ëàíäàó, Ëèôøèö, 1958c):

()

() ()

Br Ar,

=−

∂

−∇

rot

Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ óäîáíî ðàáîòàòü ñ ìîíîõðîìàòè÷åñêèìè èëè

êâàçèìîíîõðîìàòè÷åñêèìè ïëîñêèìè ïîëÿìè. Èç-çà êàëèáðîâî÷íîé

èíâàðèàíòíîñòè ïîòåíöèàëîâ ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë

ϕ(, )r t

äëÿ òàêèõ