Оптика полупроводников с линейным электронным спектром

Abstract

Рассмотрена частотная дисперсия диэлектрической проницаемости графена и 3D полупроводников с узкой запрещенной зоной в области частот, бóльших, чем частота релаксации носителей, но малых по сравнению с шириной зоны проводимости, в зависимости от температуры и концентрации носителей. Линейность электронного спектра в широкой энергетической области, общая черта этих материалов, приводит к аномально большой величине диэлектрической постоянной 3D полупроводников, а при их легировании к логарифмической сингулярности на пороге поглощения у вещественной части диэлектрической функции. Для графена коэффициент прохождения света в оптической области определяется постоянной тонкой структуры квантовой электродинамики и не зависит от каких-либо свойств самого графена.

Розглянуто частотну дисперсію діелектричної проникності графена та 3D напівпровідників з вузькою забороненою зоною в області частот, які більші, ніж частота релаксації носіїв, але малі в порівнянні з шириною зони провідності, залежно від температури та концентрації носіїв. Лінійність електронного спектра в широкій енергетичній області, загальна риса цих матеріалів, призводить до аномально великої величини діелектричної постійної 3D напівпровідників, а при їх легуванні — до логарифмічної сингулярності на порозі поглинання у дійсній частині діелектричної функції. Для графена коефіцієнт проходження світла в оптичній області визначається постійною тонкої структури квантової електродинаміки та не залежить від яких-небудь властивостей самого графена.

The temperature and carrier concentration dependences of frequency dispersion of dielectric constant for graphene and 3D semiconductors with a narrow forbidden band are studied in the region of frequencies, which are higher than that of carrier relaxation but lower than conduction band width. The linearity of electronic spectrum in a wide energy range (the common feature of these materials) results in an abnormally high dielectric constant of 3D semiconductors and, for their doping, in a logarithmic singularity at the absorption threshold of a real part of the dielectric function. For graphene the light transmissivity in the optical region is determined by the constant of quantum electrodynamics fine structure and is independent of any property of graphene.