Статья. Опубликована в Успехи физических наук, 1955 г. Апрель, том
55, вып. 4, с. 469-535
Несмотря на то, что изучение оптических свойств металлов проводится уже много десятков лет, современное состояние металлооптики является неудовлетворительным, особенно в экспериментальном отношении. Действительно, исследование поляризации и интенсивности света различной частоты, отражаемого металлической поверхностью при разных углах падения, позволяет опредлить две характеризующие металл величины — эффективный показатель преломления и эффективный показатель поглощения. Вместе с тем, сколько-нибудь полные данные для типичных металлов имеются только для Аи, Ag и Си. При этом они получены в 1913 г. и не могут считаться надёжными и точными из-за несовершенства использованных металлических поверхностей. Значительно больше данных имеется относительно поглощательной способности металлов при нормальном падении.
Подобное состояние эксперимента связано, во-первых, с весьма распространённым непониманием задач металлооптики с точки зрения получения сведений, ценных и нужных для электронной теории металлов. Вторая и при этом более глубокая причина неудовлетворительного состояния металлооптики состоит в том, что до самого последнего времени была не осознана необходимость применять в оптической части спектра в большинстве случаев теорию аномального скин-эффекта, а не теорию нормального (обычного) скин-эффекта, основанную на использовании понятия о комплексной диэлектрической постоянной металла. Это обстоятельство в сочетании с трудностью учёта влияния неидеальности отражающей поверхности препятствовало сравнению теории с опытом
и приводило в ряде случаев к неправильной интерпретации экспериментальных данных.
В настоящее время, после того как была развита теория аномального скин-эффекта в металлах, достигнут значительный прогресс в понимании задач и возможностей металлооптики, осветить которые и является основной целью настоящей статьи.
Необходимо также с самого начала, указать, что в настоящей статье затронута лишь часть вопросов, относящихся к металлооптике. А именно, мы ограничиваемся рассмотрением области частот, где не имеет места квантовое поглощение (внутренний фотоэффект), т. е. имеем в виду в первую очередь инфракрасную часть спектра и не касаемся ультрафиолетовой, а в большинстве случаев и видимой его части. Далее, рассматривается только отражение света от массивного (т. е. достаточно толстого) металлического зеркала, а случай прохождения света через тонкие металлические плёнки не обсуждается. Кроме того, металл считается в среднем изотропным, что отвечает случаю поликристаллов или, в известном приближении (в частности, в случае нормального скин-эффекта), случаю монокристаллических образцов металлов, обладающих кубической симметрией. Наконец, предполагается, что магнитная проницаемость металла = 1 и намагничение металла, а также внешнее магнитное поле равны нулю. Сделанные допущния, вообще говоря, довольно существенны, но в наиболее простых и интересных случаях могут считаться выполненными. Поэтому при современном состоянии металлооптики имеются, на наш взгляд, все основания ограничить круг обсуждаемых вопросов и разобраться сначала в простейшем и в то же время важнейшем случае отражения света от изотропной неферромагнитной металлической поверхности.
Введение
Отражение света от металлической поверхности
Поверхностный импеданц и эффективная комплексная диэлектрическая постоянная металла
Микротеория в случае нормального скин-эффекта
Микротеория в случае аномального скин-эффекта
Основы теории аномального скин-эффекта
Результаты, относящиеся к инфракрасной части спектра
Об учёте квантовых эффектов
Методы измерения
Обсуждение имеющихся экспериментальных данных
Заключение
Цитированная литература
Несмотря на то, что изучение оптических свойств металлов проводится уже много десятков лет, современное состояние металлооптики является неудовлетворительным, особенно в экспериментальном отношении. Действительно, исследование поляризации и интенсивности света различной частоты, отражаемого металлической поверхностью при разных углах падения, позволяет опредлить две характеризующие металл величины — эффективный показатель преломления и эффективный показатель поглощения. Вместе с тем, сколько-нибудь полные данные для типичных металлов имеются только для Аи, Ag и Си. При этом они получены в 1913 г. и не могут считаться надёжными и точными из-за несовершенства использованных металлических поверхностей. Значительно больше данных имеется относительно поглощательной способности металлов при нормальном падении.
Подобное состояние эксперимента связано, во-первых, с весьма распространённым непониманием задач металлооптики с точки зрения получения сведений, ценных и нужных для электронной теории металлов. Вторая и при этом более глубокая причина неудовлетворительного состояния металлооптики состоит в том, что до самого последнего времени была не осознана необходимость применять в оптической части спектра в большинстве случаев теорию аномального скин-эффекта, а не теорию нормального (обычного) скин-эффекта, основанную на использовании понятия о комплексной диэлектрической постоянной металла. Это обстоятельство в сочетании с трудностью учёта влияния неидеальности отражающей поверхности препятствовало сравнению теории с опытом
и приводило в ряде случаев к неправильной интерпретации экспериментальных данных.
В настоящее время, после того как была развита теория аномального скин-эффекта в металлах, достигнут значительный прогресс в понимании задач и возможностей металлооптики, осветить которые и является основной целью настоящей статьи.
Необходимо также с самого начала, указать, что в настоящей статье затронута лишь часть вопросов, относящихся к металлооптике. А именно, мы ограничиваемся рассмотрением области частот, где не имеет места квантовое поглощение (внутренний фотоэффект), т. е. имеем в виду в первую очередь инфракрасную часть спектра и не касаемся ультрафиолетовой, а в большинстве случаев и видимой его части. Далее, рассматривается только отражение света от массивного (т. е. достаточно толстого) металлического зеркала, а случай прохождения света через тонкие металлические плёнки не обсуждается. Кроме того, металл считается в среднем изотропным, что отвечает случаю поликристаллов или, в известном приближении (в частности, в случае нормального скин-эффекта), случаю монокристаллических образцов металлов, обладающих кубической симметрией. Наконец, предполагается, что магнитная проницаемость металла = 1 и намагничение металла, а также внешнее магнитное поле равны нулю. Сделанные допущния, вообще говоря, довольно существенны, но в наиболее простых и интересных случаях могут считаться выполненными. Поэтому при современном состоянии металлооптики имеются, на наш взгляд, все основания ограничить круг обсуждаемых вопросов и разобраться сначала в простейшем и в то же время важнейшем случае отражения света от изотропной неферромагнитной металлической поверхности.
Введение
Отражение света от металлической поверхности
Поверхностный импеданц и эффективная комплексная диэлектрическая постоянная металла
Микротеория в случае нормального скин-эффекта
Микротеория в случае аномального скин-эффекта
Основы теории аномального скин-эффекта
Результаты, относящиеся к инфракрасной части спектра
Об учёте квантовых эффектов
Методы измерения
Обсуждение имеющихся экспериментальных данных
Заключение
Цитированная литература