conductividad óptica

La conductividad óptica es la propiedad de un material que establece la relación entre la densidad de corriente inducida en el material y la magnitud del campo eléctrico inductor para frecuencias arbitrarias . ^{[ 1 ]} Esta función de respuesta lineal es una generalización de la conductividad eléctrica , que generalmente se considera en el límite estático, es decir, para campos eléctricos independientes del tiempo o que varían lentamente.

Si bien la conductividad eléctrica estática es prácticamente nula en los aislantes (como el diamante o la porcelana ), la conductividad óptica siempre permanece finita en ciertos intervalos de frecuencia (por encima de la brecha óptica en el caso de los aislantes). El peso óptico total se puede inferir a partir de reglas de suma . La conductividad óptica está estrechamente relacionada con la función dieléctrica , la generalización de la constante dieléctrica a frecuencias arbitrarias.

En los casos más simples, esta propiedad puede considerarse como una función escalar de valor complejo que depende únicamente de la frecuencia. Esta formulación se aplica en el límite de longitudes de onda largas, estructura de grano grueso y simetría cúbica del material. En esta aproximación, la densidad de corriente eléctrica${\displaystyle \mathbf {J} }$(un vector tridimensional), la conductividad óptica escalar${\displaystyle \sigma }$y el vector del campo eléctrico${\displaystyle \mathbf {E} }$están vinculados por la ecuación:

${\displaystyle \mathbf {J} (\omega )=\sigma (\omega )\mathbf {E} (\omega )}$^{[ 2 ]}

Para comparar, la permitividad${\displaystyle \varepsilon }$relaciona el desplazamiento eléctrico con el campo eléctrico:

${\displaystyle \mathbf {D} (\omega )=\varepsilon (\omega )\mathbf {E} (\omega )}$^{[ 3 ]}

En unidades del SI , esto implica la siguiente conexión entre las dos funciones de respuesta lineal: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle \varepsilon (\omega )=1+{\frac {i\sigma (\omega )}{\varepsilon _{0}\omega }}}$,

dónde${\displaystyle \varepsilon _{0}}$es la permitividad del vacío y${\displaystyle i}$denota la unidad imaginaria .

La conductividad óptica se mide con mayor frecuencia en rangos de frecuencia óptica mediante la reflectividad de muestras pulidas bajo incidencia normal (en combinación con un análisis de Kramers-Kronig ) o utilizando ángulos de incidencia variables. ^{[ 5 ]} Para muestras que se pueden preparar en láminas delgadas, se puede obtener mayor precisión mediante experimentos de transmisión óptica. Para determinar completamente las propiedades electrónicas del material de interés, estas mediciones se combinan con otras técnicas que operan en diferentes rangos de frecuencia, por ejemplo, en el límite estático o en frecuencias de microondas .

• Apuntes de clase sobre las propiedades ópticas de los sólidos, por EY Tsymbal