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

Question

Básicamente entiendo el punto cero de la parte real de la función dieléctrica para un metal. Generalmente corresponde al plasmón. Para un metal, si la frecuencia es más baja, la parte real es negativa, lo que significa que la luz es completamente reflejada. Los electrones alrededor de la superficie pueden proteger los campos eléctricos de la luz antes de que lleguen al interior. Pero si la frecuencia es mayor que la frecuencia del plasmón, la parte real es positiva y el metal se comporta como un medio dieléctrico.

Pero no puedo entender físicamente los puntos cero similares para un semiconductor como el silicio. ¿Podría alguien ayudarme en esto, por favor?

Answer 1

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

Respondiendo a tu pregunta: por otro lado, puedes imaginar un semiconductor como un conjunto de cargas positivas con electrones ligados a su alrededor. Un campo eléctrico polariza esas cargas: las cargas positivas se desplazan ligeramente en una dirección mientras que las cargas negativas son atraídas un poco en dirección opuesta. Ninguna de ellas puede moverse lejos de su posición original. Sin embargo, entre ellas y debido a esa polarización, el material ha creado un campo eléctrico opuesto al campo externo. Ahí tienes el mecanismo físico por el cual el material cambia o filtra moderadamente (o fuertemente, dependiendo de su polarizabilidad) los campos aplicados. La frecuencia ahora juega el mismo papel que en el caso de los metales, en lo que respecta a la habilidad del material de reaccionar "a tiempo" para filtrar los campos aplicados.

Answer 2

Yo diría que corresponde a algún tipo de cuasipartícula o en otras palabras una excitación elemental del sistema. El tipo de excitación que puede ser responsable del cero particular de $Re\left[\epsilon\right]$ que estás buscando depende de la frecuencia en la que se encuentre.

En el ejemplo que diste, tenemos el cero aproximadamente en $\omega \approx 4eV$. Esto corresponde a (ahora trabajando con la dispersión de la luz ya que es lo que se está absorbiendo): $\lambda \approx 3 \cdot 10^{-7}m$ lo cual está en el ultravioleta. Esto muy probablemente sigue siendo un plasmón de algún tipo, es decir, una oscilación del gas de electrones (ver también comentario sobre plasmones de semiconductores aquí).