530117 Materialfysik vt 2010. 10. Materiens optiska egenskaper. [Callister, etc.]



Relevanta dokument
10.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism

10.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism Materialfysik vt Materiens optiska egenskaper. Det elektromagnetiska spektret

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

Optiska ytor Vad händer med ljusstrålarna när de träffar en gränsyta mellan två olika material?

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Föreläsning 2 (kap , 2.6 i Optics)

Med ett materials elektriska egenskaper förstår man helt allmänt dess ledningsförmåga, konduktans, och resistans Ohms lag:

Allmänt Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur. l A Allmänt. 8.1.

Materialfysik Ht Materials elektriska egenskaper 8.1 Bandstruktur

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Vågrörelselära och optik

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

3.7 Energiprincipen i elfältet

BANDGAP Inledning

OPTIK läran om ljuset

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

för gymnasiet Polarisation

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Frågor till filmen Vi lär oss om: Ljus

3. Ljus. 3.1 Det elektromagnetiska spektret

BANDGAP Inledning

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Denna våg är. A. Longitudinell. B. Transversell. C. Något annat

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

13. Plana vågors reflektion och brytning

Vågrörelselära och optik

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Tentamen i Fotonik , kl

Mer om EM vågors polarisation. Vad händer om man lägger ihop två vågor med horisontell och vertikal polarisation?


Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

Optik. Innehåll: I - Elektromagnetiska vågor radio och ljus. II - Reflexion och brytning. III - Ljusvågor. MNXA11 / Lund University

Optik. Läran om ljuset

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

Innehåll. Förord Del 1 Inledning och Bakgrund. Del 2 Teorin om Allt en Ny modell: GET. GrundEnergiTeorin

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

16. Spridning av elektromagnetisk strålning

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Tentamen i Fotonik , kl

Lecture 6 Atomer och Material

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

The nature and propagation of light

M = den svängande fjäderns massa K = den svängande fjäderns fjäderkonstant A = dimensionslös konstant

Föreläsning 2 - Halvledare

Miljöfysik vt2009. Mikael Syväjärvi, IFM

Föreläsning 2 - Halvledare

2.6.2 Diskret spektrum (=linjespektrum)

Materialfysik2010 Kai Nordlund

9. Materiens magnetiska egenskaper. 9.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism

9. Materiens magnetiska egenskaper

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Laboration: Optokomponenter

Vad skall vi gå igenom under denna period?

Elektromagnetisk strålning. Lektion 5

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

1. Elektromagnetisk strålning

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

1.5 Våg partikeldualism

Institutionen för Fysik Polarisation

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

Presentationsmaterial Ljus som vågrörelse - Fysik B. Interferens i dubbelspalt gitter tunna skikt

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

I detta arbetsområde ska eleven utveckla sin förmåga att:

Tentamen i Fotonik , kl

Atomer, ledare och halvledare. Kapitel 40-41

8-10 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på nanofenomen runt oss

Projekt. Mats Gustafsson, Electroscience, Lund University, Sweden

Fotoelektriska effekten

Introduktionsföreläsning i FTF Kristallstruktur, elekronstruktur+excitationer, egenskaper (optiska, magnetiska )

Kapitel 4. Materievågor

Geometrisk optik reflektion och brytning. Optiska system F9 Optiska instrument. Elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska spektrumet FAF260

14. Elektriska fält (sähkökenttä)

Milstolpar i tidig kvantmekanik

Tentamen i Fotonik , kl

Ett materials förmåga att leda elektrisk ström beror på två förutsättningar:

13. Plana vågors reflektion och brytning

13. Plana vågors reflektion och brytning

FK Elektromagnetism och vågor, Fysikum, Stockholms Universitet Tentamensskrivning, måndag 21 mars 2016, kl 9:00-14:00

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

v F - v c kallas dispersion

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

FAFA55 HT2016 Laboration 1: Interferens av ljus Nicklas Anttu och August Bjälemark, 2012, Malin Nilsson och David Göransson, 2015, 2016

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Varför förbrukar ersätta glödlampor?

1. (a) (1 poäng) Rita i figuren en translationsvektor T som överför mönstret på sig själv.

Transkript:

530117 Materialfysik vt 2010 10. Materiens optiska egenskaper [Callister, etc.]

10.0 Grunder: upprepning av elektromagnetism Ljus är en elektromagnetisk våg våglängd, våglängd, k vågtal, c hastighet, E elfält, H magnetfält Men kan enligt kvantmekaniken också förstås som en partikel, fotonen! 2

Det elektromagnetiska spektret 3

10.1 Växelverkan mellan ljus och materia Vad kan ljus göra då den växelverkar med materia? Den kan: Reflekteras Attenueras (absorberas) Transmitteras 4

10.1 Växelverkan mellan ljus och materia Material klassificeras enligt hur detta sker Genomskinlig (transparent) Genomlysande (translucent) - T.ex. s.k. mjölkglas som används i toaletter mm. Ogenomskinlig (opaque) 5

10.1 Växelverkan mellan ljus och materia Vad bestämmer vad som sker? Ljus växelverkar i allmänhet främst med elektroner i materialet 6

10.2 Bandstrukturen För att en foton med energin E = h skall kunna absorberas, måste en elektronisk transition med energin E vara möjlig! Bandstrukturen har därmed en central roll i att bestämma vad som sker! Jämför kapitel 8: Ifall materialet har ett bandgap, är vissa transitionsenergier E omöjliga => materialet är genomskinligt för dessa energier!! 7

10.2 Bandstrukturens roll Med denna enkla insikt och jämförelse med det synliga ljusets spektrum kan vi genast lista ut huruvida vissa material är genomskinliga eller inte! Och tom. färgen i vissa fall Energy (ev) 3.10 2.48 2.07 1.77 Metaller: alla E möjliga, ogenomskinliga Isolatorer har E > 3 ev och är därmed genomskinliga för synligt ljus Halveledare kan vara genomskinliga eller ogenomskinliga beroende på bandgapets storlek 8

10.2 Bandstrukturens roll Energy (ev) Exempel på några bandgap (Wikipedia) 3.10 2.48 2.07 1.77 Material Bandgap (ev) C (grafit) 0.0 C (diamant) 5.5 Si 1.1 Ge 0.67 SiC 2.86 Vilka av dessa kan antas vara genomskinliga? GaAs 1.43 GaS 2.5 GaN 3.4 ZnO 3.37 SiO 2 9.65* *American Mineralogist, Volume 85, pages 732 738, 2000 9

Rollen av orenheter Enligt denna tabell borde t.ex. diamant och kvarts vara helt genomskinligt men ändå kan ju diamant och glas ha ett stort antal olika färger?? Förklaringen ges av defekter och orenheter! Dessa kan ge upphov till diskreta energitillstånd i bandgapet, mellan vilka optiska transitioner kan ske vid en bestämd färg 10

Rollen av orenheter Med att dopa kristallen med lämpliga orenheter, kan man få dem att ha önskad färg Exempel: färgskala hos kvarts-kristaller http://gabyworld.com/index.php?option=com_content&task=view&id=16&itemid=27 11

10.3 Ljusets reflektion och brytning Materialets optiska respons för genomskinliga material bestäms av dess refraktionsindex n Men det gäller också att ljusets hastighet v är långsammare i ett medium med en permittivitet som avviker från den i vakuum, enligt = permittivitet, r = relativ permittivitet, µ = permeabilitet, 0 = vakuums permittivitet, µ 0 = vakuums permeabilitet 12

10.3 Ljusets reflektion och brytning Snells lag I genomskinliga material följer ljusets brytning Snells lag Detta gås igenom i detalj på elektrodynamik-kurserna 13

Ljusets reflektion från metaller Metaller är ogenomskinliga men reflekterar ljus bra Varför? Orsaken hänger också ihop med bandgapet: 14

10.4 Attenuation I metaller (och andra fall där ljuset attenueras) tränger ljus nog fortfarande in i materialet, men bara till ett visst djup Detta kan i elektrodynamiken beskrivas med ett komplex-värt refreaktionsindex som leder till att en elektromagnetisk våg försvagas, attenueras i materialet som Här är det s.k. inträngningsdjupet Exempel för Cu: Om Cu-lagret är nm-tunn, får Cu olika färger! 15

10.5. Optiska vågledare (waveguide) Om man tillverkar en fiber av två olika material med lämpligt valt förhållande mellan refraktionsindexena, kan man få ljus att röra sig oändligt långt inne i fibern, också om den böjs Bara böjningsvinkeln inte är alltför stor! Fenomenet kallas total intern reflektion Detta kallas en optisk fiber, och är grunden för all modern telekommunikation! 16

10.6 Nanomaterials optiska egenskaper Nanomaterial har speciellt intressanta optiska egenskaper Detta har flera orsaker: Materialet kan vara tunnare än inträngningsdjupet, jfr. ovan Då objekt är i nanoskala, ändras deras elektroniska struktur och bandgap Kvantinfångning gör tillståndstätheten diskret Metallnanopartiklar kan ha plasmon.excitationer som har diskrete absorptions- och emissions-pikar Rayleigh-spridning ändras drastiskt på nanoskala 17

Lycurgus-vasen Den första kända tillämpningen av nanopartiklars optiska egenskaper är den s.k. Lycurgus-vasen från 300-taler e.kr! Denna ändrar färg beroende på om den belyses framifrån eller bakifrån! Orsaken är ickelinjära plasmon-oskillationer i Au/Agnanopartiklar inne i dem! [British Museum, Dept. of Scientific Research web pages] 18

God jul!... med en julgran av färgad kvarts! 19