10. Инфракрасные частоты и остаточные лучи

Положение оптических колебаний кристалла может быть установлено наблюдением инфракрасного поглощения и притом либо путем прямого измерения поглощения тонких слоев кристалла, либо с помощью более удобного, однако, менее точного метода остаточных лучей. Последний состоит в том, что инфракрасное излучение источника с непрерывным спектром заставляют несколько раз отражаться от поверхности кристалла и затем, с помощью решетки или призмы и термопары, исследуют спектральный состав отраженного света. Так как вблизи оптических частот спектральная отражательная способность особенно велика, то оптические частоты можно приравнять к частотам наблюдаемых максимумов отражения.

Следующие соображения показывают, почему в инфракрасном спектре могут возникнуть только оптические колебания и отсутствуют остальные собственные колебания. Так как длина волны инфракрасных лучей приблизительно в раз больше атомных расстояний, то мы можем ограничить наше рассмотрение кристаллическим куском, содержащим достаточно большое число атомов, но малым по сравнению с длиной волны излучения. Испускание и поглощение такой кристаллической области будут определяться изменениями ее электрического момента. Колебания, деформирующие кристалл, вызывают и изменение этого момента. Но, в то время как при обыкновенных собственных колебаниях фаза в различных частях нашей кристаллической области различна, так что образующиеся частичные моменты в среднем взаимно уничтожаются, оптические колебания, при которых одна простая решетка как целое колеблется относительно другой, имеют во всей области одинаковую фазу. При этом, вследствие смещения электрических зарядов в атомах или непосредственно ионов в ионной решетке.

меняется электрический момент всего кристалла с периодом оптических колебаний. Поэтому последние заметны в инфракрасной части спектра, в то время как собственные колебания, при которых суммарный момент не меняется, не вызывают поглощения.

Конечно, вследствие особых условий симметрии отдельные оптические колебания могут происходить и без изменения электрического момента. Тогда они инфракрасно неактивны. Это имеет место, напоимер, у плавикового шпата (фиг. 39).

Эта решетка состоит из трех гранецентрированных кубических решеток. Одна из них заполнена атомами а две другие, образующие в сумме простую кубическую решетку с половинной длиной ребра, — атомами Вследствие симметрии эта решетка имеет только две различные оптические частоты. Частота соответствует движению решетки относительно обеих решеток взаимное положение которых при этом не меняется. Так как решетка плавикового шпата является ионной, т. е. в действительности состоит не из атомов а из ионов то при этом смещении решеток возникает большой электрический момент, периодически меняющийся с оптической частотой Поэтому частота активна в инфракрасной части спектра. Наоборот, частота соответствует колебаниям, при которых меняется только взаимное расположение обеих решеток фтора, а решетка остается в покое. Из соображений симметрии при этом не возникает электрический момент, и колебание является неактивным.

Решетка каменной соли (фиг. 38) имеет только одно оптическое колебание. Решетка ионов колеблется как целое относительно решетки При этом, естественно, возникает большой электрический момент, так что колебание активно.

В решетке алмаза (фиг. 37) единственное имеющееся оптическое колебание состоит в смещении обеих простых гранецентированных решеток друг относительно друга. Из соображений симметрии при этом, естественно, не образуется момента, и колебание является неактивным.