Optical Absorption and Dispersion in Solids

نظریه الکترومغناطیسی ماکسول و تئوری الکترونی لورنتس و درود کار تجربی زیادی را بر روی خواص نوری جامدات در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم برانگیخت. با این حال، زمان برای پیشرفت عمومی در این زمینه هنوز نرسیده بود. تکنیک‌های تجربی برای تولید نمونه‌های مناسب برای اندازه‌گیری‌های نوری با ساختار و خلوص کاملاً مشخص در دسترس نبودند. از جنبه نظری، نظریه کلاسیک الکترون تنها گزارشی بسیار ناقص از برهمکنش امواج نور با ماده ارائه می‌دهد. مرکز توجه در تحقیقات نوری به طیف‌سنجی اتمی و مولکولی منتقل شد که در آن نتایج کمی آسان‌تر بود. نظریه کوانتومی که با نظریه بور در سال 1913 شروع شد، مبنای بسیار موفقی برای تفسیر طیف نوری اتم ها و مولکول ها فراهم کرد. نظریه امروزی خواص نوری جامدات مبتنی بر نظریه کوانتومی الکترون‌ها در جامدات است که از تحقیقات اولیه سامرفلد و بلوخ و نظریه ارتعاشات شبکه‌ای که در تحقیقات بورن نشأت می‌گیرد، ایجاد شده است. ارتباط رسمی بین جذب نوری و توابع موج الکترون در جامدات از دهه 1930 به خوبی شناخته شده است، اما اخیراً محاسبات باند انرژی الکترون به دقت کافی برای مقایسه نتایج تجربی و نظری سودمند دست یافته است. بدون راهنمایی از یک محاسبه ساختار باند نظری، پیشرفت در تفسیر طیف جذب نوری دشوار خواهد بود.

The electromagnetic theory of Maxwell and the electron theory of Lorentz and Drude stimulated a great deal of experimental work on the optical properties of solids in the late nineteenth and early twentieth centuries. The time was not then ripe, however, for general progress in this field. The experimental techniques were not available to produce suitable specimens for optical measurements with well­ defined structure and purity. On the theoretical side, the classical electron theory provided only a very incomplete account of the interaction of light waves with matter. The centre of interest in optical research moved to atomic and molecular spectroscopy where quantitative results were easier to obtain. The quantum theory, starting with Bohr's theory of 1913, provided a highly successful basis for the interpretation of the optical spectra of atoms and molecules. The present-day theory of the optical properties of solids is based on the quantum theory of electrons in solids, developed from the early researches of Sommerfeld and Bloch, and the theory of lattice vibrations originating in the research by Born. The formal con­ nection between optical absorption and electron wave functions in solids has been well known since the 1930s but it is only recently that electron energy band calculations have achieved sufficient accuracy to make profitable a comparison of experimental and theoretical results. Without some guidance from a theoretical band structure calculation, it would be difficult to make any progress with the in­ terpretation of an optical absorption spectrum.