¿Cuál es el significado del punto cero de la parte real de la función dieléctrica para un semiconductor?

Las funciones dieléctricas del silicio de Phys. Rev. B 62, 7071

Básicamente entiendo el punto cero de la parte real de la función dieléctrica de un metal. Generalmente corresponde a plasmón. Para un metal, si la frecuencia es menor, la parte real es negativa, lo que significa que la luz se refleja por completo. Los electrones alrededor de la superficie pueden filtrar los campos eléctricos de la luz antes de que llegue a la masa. Pero si la frecuencia es mayor que la del plasmón, la parte real es positiva y el metal se comporta como un medio dieléctrico.

Pero no puedo obtener una comprensión física de los puntos cero similares para un semiconductor como el silicio. ¿Alguien podría ayudarme con esto?

La figura es de Phys. Rev. B 62,7071 y son las gráficas de la parte real e imaginaria de la función dieléctrica del silicio.

Respuestas (2)

Introducción: para los metales , como dijiste, los electrones pueden moverse para filtrar los campos. Para frecuencias bajas (menos que la frecuencia del plasma), los electrones pueden moverse lo suficientemente rápido como para filtrar los campos; para frecuencias altas (mayores que la frecuencia del plasma), los electrones no pueden moverse lo suficientemente rápido y no "logran" proteger los campos, que pueden penetrar el material.

Respondiendo a su pregunta: por otro lado, puede imaginar un semiconductor como un conjunto de cargas positivas con electrones limitados a su alrededor. Un campo eléctrico polariza esas cargas: las cargas positivas se desplazan ligeramente en una dirección, mientras que las cargas negativas se atraen un poco en la dirección opuesta. Ninguno de ellos puede alejarse mucho de su posición original. Sin embargo, entre ellos y debido a esa polarización, el material ha creado un campo eléctrico opuesto al campo externo. ahi tienes el fisicomecanismo por el cual el material cambia moderadamente (o fuertemente, dependiendo de su polarizabilidad) o apantalla los campos aplicados. La frecuencia ahora juega el mismo papel que en el caso de los metales, en cuanto a la capacidad del material para reaccionar "a tiempo" para filtrar los campos aplicados.

Diría que corresponde a una especie de cuasipartícula o, en otras palabras, una excitación elemental del sistema. El tipo de excitación que puede ser responsable del cero particular de R mi [ ϵ ] usted está mirando depende de qué frecuencia está en.

En el ejemplo que diste, tenemos el cero aproximadamente en ω ≈ 4 mi V . Esto corresponde a (ahora trabajando con la dispersión de luz ya que eso es lo que se absorbe): λ ≈ 3 ⋅ 10 − 7 metro que está en el ultravioleta. Lo más probable es que siga siendo un plasmón de algún tipo, es decir, una oscilación del gas de electrones (ver también el comentario sobre los plasmones semiconductores aquí ).

En mi opinión, el plasmón siempre está relacionado con los electrones libres. Por lo tanto, básicamente, no debería haber ningún plasmón en un semiconductor no dopado. ¿Está bien?
Además, para un plasmón en metal, la parte real de la función dieléctrica es negativa en el lado izquierdo del punto cero. Pero para el punto cero de la figura anterior, la situación es exactamente la opuesta.
@JohnCao: Acerca de que los plasmones son oscilaciones de electrones libres: eso es probablemente cierto, entonces lo que estamos buscando es algún otro tipo de cuasipartícula, es decir, una excitación colectiva más complicada que tenga en cuenta las interacciones con el potencial de los núcleos. Tal vez también se podría explicar por qué la función dieléctrica es al revés (lamentablemente, me lo perdí en mi respuesta), aunque eso requeriría un análisis detallado de la excitación, similar a lo que hacemos en la teoría de Lindhard en.wikipedia.org /wiki/Lindhard_theory , pero mucho más complicado debido a la interacción.
Básicamente tienes razón y creo que es importante encontrar y comprender las cuasipartículas o transiciones. De acuerdo con la Fig. 11 en PHYSICAL REVIEW B 69, 245419 (2004), el punto cero en mi pregunta parece estar relacionado con la transición entre bandas σ → σ ∗
¿Cuál es el significado del punto cero de la parte real de la función dieléctrica para un semiconductor?
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