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¿Qué es? $\epsilon(\infty)$ en $\epsilon(\omega) = \epsilon(\infty)[1-\bar\omega_p^2/\omega^2]$ ¿en el libro de estado sólido de Kittel?

He estado leyendo el capítulo sobre los polaritones de plasmón y los polarons, y me he quedado parado intentando entender esta parte del capítulo:


La función dieléctrica del gas de electrones libres se deduce de (6) y (7): $$ \text{(CGS)}\quad \epsilon(\omega) = 1-\frac{4\pi ne^2}{m\omega^2}; \qquad \text{(SI)}\quad \epsilon(\omega) = 1-\frac{ne^2}{\epsilon_0m\omega^2}. \tag{8} $$ El frecuencia del plasma $\omega_p$ se define por la relación $$ \text{(CGS)}\quad \omega_p^2=4\pi ne^2/m; \qquad \text{(SI)}\quad \omega_p^2 = ne^2/\epsilon_0m. \tag{9} $$ Un plasma es un medio con igual concentración de cargas positivas y negativas, de las cuales al menos un tipo de carga es móvil. En un sólido las cargas negativas de los electrones de conducción se equilibran con una concentración igual de carga positiva de los núcleos de iones. Escribimos la función dieléctrica (8) como $$ \epsilon(\omega) = 1-\frac{\omega_p^2}{\omega^2},\tag{10}$$ representado en la Fig. 1.

Si el fondo del núcleo de iones positivos tiene una constante dieléctrica etiquetada $\epsilon(\infty)$ esencialmente constante hasta frecuencias muy superiores a $\omega_p$ entonces (8) se convierte en $$ \epsilon(\omega) = \epsilon(\infty)-4\pi ne^2/m\omega^2 = \epsilon(\infty)\left[1-\bar\omega_p^2/\omega^2\right],\tag{11} $$ donde $\bar\omega_p$ se define como $$ \bar\omega_p^2 = 4\pi ne^2/\epsilon(\infty)m. \tag{12} $$ Observe que $\epsilon=0$ en $\omega=\bar\omega_p$ .


Sólo necesito saber cómo llegamos a la ecuación nº 11 y a la ecuación nº 12. En particular, ¿qué hace el $\infty$ en $\epsilon(\infty)$ ¿significa?

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Nathan Feger Puntos 7675

Aquí $\epsilon(\infty)$ denota la constante dieléctrica del fondo iónico. El extracto podría ser más claro si se modifica un poco:

Si el fondo del núcleo de iones positivos tiene una constante dieléctrica, etiquetada como $\epsilon(\infty)$ que es esencialmente constante hasta frecuencias muy superiores a $\omega_p$ Entonces...

En este marco se está dividiendo el sistema como un plasma que consiste en iones fijos y electrones de conducción móviles. Sin embargo, es importante darse cuenta de que el fondo de iones fijos todavía contiene electrones: en el cobre, por ejemplo, el $3d$ Los electrones son móviles, pero los electrones del núcleo -en el $1s$ , $2s$ , $2p$ , $3s$ y $3p$ conchas - todavía están bastante unidos al núcleo. Estos son los "núcleos iónicos" del extracto: el núcleo más los electrones internos.

Y lo que es más importante, estos núcleos iónicos pueden seguir siendo polarizados por un campo externo, ya que los electrones internos pueden desplazarse ligeramente con respecto al núcleo. Esto añade un término adicional al polarizabilidad y, por tanto, al global constante dieléctrica .

Además, Kittel supone que la dependencia de la frecuencia de dichos núcleos iónicos es relativamente plana en la región de interés. Esta es una aproximación razonable: esta polarizabilidad sí depende de la frecuencia, pero sólo en los regímenes en los que se puede "hablar" con las excitaciones de este núcleo, que suelen estar a energías más altas que el electrón de valencia.

Esto significa, entonces, que tienes algún término adicional en la permitividad, que no conoces pero que es razonablemente plano, y esto significa que puedes reemplazar el fondo de $1$ con alguna constante adecuada, que Kittel denomina $\epsilon(\infty)$ . Todo lo que viene después (incluida, por ejemplo, la ecuación 12) no es más que empujar símbolos.

En cuanto a por qué Kittel eligió $\epsilon(\infty)$ como el símbolo a utilizar, aunque habría que preguntarle a Kittel.

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